04 Comutação na Camada de Enlace

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Plano de Aula: Comutação na Camada de Enlace 
REDES LOCAIS E COMUTAÇÃO - CCT0331 
Título 
Comutação na Camada de Enlace 
Número de Aulas por Semana 
Número de Semana de Aula 
4 
Tema 
Comutação na Camada de Enlace 
Objetivos 
Ao final desta semana o aluno deverá ser capaz de: 
 - Compreender os requisitos de comutação relacionados à camada de atuação 
Estrutura do Conteúdo 
Camada de Enlace 
 Inicialmente vamos nos reposicionar no modelo em camadas OSI, já que o TCP/IP não estuda 
detalhadamente a parte da rede de acesso que engloba as camadas 1 e 2 do modelo OSI. 
 
camada unidade de dados endereço equipamentos 
3 redes Pacote ou datagrama Lógico Roteador 
2 enlace de dados Frame ou quadro Físico Ponte, Switch 
1 física bit Não há HUB, repetidor 
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Apresentar topologia : 
as 3 primeiras camadas do Servidor ou estação de trabalho encapsulando cada camada transmitindo 
para o roteador 
De um enlace ethernet para o enlace PPP 
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A camada de enlace tem um objetivo único de encapsular sua informação, que no caso de nossa figura é 
o datagrama IP, para deslocar a mesma até o nó adjacente, que é o destino de sua unidade de dados 
(frame ou quadro). 
O protocolo de camada de enlace define o enquadramento dos bits no form ato do frame ethernet II ou 
IEEE802.3, no caso do ethernet, bem como método de acesso ao meio a ser utilizado (CSMA/CD). 
O datagrama IP é endereçado de sua origem ao seu destino, exemplo 200.1.1.1 para 200.15.15.100, não 
importando quantos enlaces o datagrama irá percorrer até seu destino final. 
Um exemplo de caminho: 
1. Host inicial (nó inicial) até o default gateway 
2. Default gateway até o próximo roteador(intermediário 1) 
3. Do roteador (intermediário 1) até o roteador (intermediário 2) 
4. Do roteador (intermediário 2) até o roteador default gateway do nó destino 
5. Default gateway do nó destino até o nó de destino. 
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Apresentar topologia com vários enlaces exemplo: 
Ethernet, PPP, X25, PPP e finalmente Ethernet 
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O datagrama de origem é praticamente o datagrama recebido no destino, sofrendo decrementação do 
campo TTL e talvez uma fragmentação do datagrama IP no enlace X25. 
Como os serviços fornecidos pelos protocolos de enlace podem ser diferentes, a camada de rede 
necessita ser capaz de utilizar os diversos enlaces sem deixar de cumprir sua tarefa que é levar o 
datagrama IP através das diversas redes interligadas (internetwork). 
Serviços que PODEM ser oferecidos pela camada de enlace de dados: 
 
 Enquadramento de dados: Quase todos os protocolos de camada de enlace encapsulam cada 
datagrama de camada de rede dentro de um quadro, consiste em um campo de dados no qual o 
datagrama da camada de rede é inserido e em uma série de campos de cabeçalho, de camada 
de enlace antes de transmiti-lo pelo enlace. 
 Acesso ao enlace: Definir a regra de acesso ao meio, como o nó realiza o acesso ao meio físico 
para transmitir ou receber os dados. Esses protocolos podem ser mais simples ou complexos 
conforme o tipo de enlace, exemplo ponto-a-ponto p simples, multiponto complexo 
 Entrega confiável: Serviço que garante a transferência da informação (datagrama) através do 
enlace sem erros. Esse serviço é destinado a enlaces com taxa de erros elevada, evitando a 
propagação desse erro para ser tratado por um protocolo de camada superior (exemplo camada 
de transporte - TCP). Como na atualidade as taxas d erros são cada vez menores, esse serviço 
acaba acarretando uma sobrecarga desnecessária a transmissão. Exemplo a ethernet não prevê 
serviço confiável, o X25 prevê serviço confiável. 
 Controle de fluxo: Em cada um dos nós envolvidos na comunicação, a capacidade de 
processamento dos quadros e armazenamento dos mesmos, em buffers, é diferente. Para evitar 
que um nó transmissor rápido com grande quantidade de buffers ou grande processamento de 
quadros sobrecarregue um receptor com pequeno processamento de quadros ou pequena 
capacidade de buffers acarretando descarte de frames. 
 Detecção de erros: A atenuação de sinal, ruídos eletromagnético etc, podem introduzir erros na 
comunicação e entregar a informação (datagrama) com erro, acarreta a utilização da rede para 
enviar uma informação que será descartada no destino. Essa possibilidade de erros fez com 
que alguns protocolos de enlace passassem a utilizar cam pos destinados a serem utilizados por 
algoritmos de detecção de erros. Essa detecção de erros é bem mais sofisticada que a da 
camada física. 
 Correção de erros: A detecção de erros seria o procedimento anterior à tarefa de corrigir os 
erros, determinando onde ocorreu o erro e executa a correção do mesmo. Essa correção pode 
ser do quadro inteiro ou somente do cabeçalho. 
 Half-duplex e full-duplex: Com transmissão full-duplex, os nós em ambas as extremidades de um 
enlace podem transmitir pacotes ao mesmo tempo. Com transmissão half-duplex um nó não 
pode transmitir e receber pacotes ao mesmo tempo. 
Arquitetura Ethernet 
A arquitetura Ethernet iniciou seu desenvolvimento na década de 70, alguns apostavam em seu sucesso 
outros a definiam como uma rede caótica por causa das colisões. Sua evolução e domínio de mercado de 
redes locais (LAN), se deve a familiaridade por parte dos administradores de rede, simplicidade e 
principalmente economia. 
A ethernet utiliza transmissão em banda-base, onde seu adaptador envia o sinal digital diretamente no 
canal utilizando toda a sua largura de banda, sem deslocar o sinal para outra banda de frequência. Várias 
tecnologias oriundas do ethernet utilizam a codificação Manchester, para aumentar o sincronismo já que o 
receptor e transmissor não possuem um perfeito sincronismo, por não existir um clock externo, comum a 
ambos. 
A ethernet presta o serviço não orientado a conexão e sem confirmação. 
Seu protocolo ou método de acesso ao meio é o CSMA/CD ? Carrier Sense Multiple Access with Coll ision 
Detection, conforme dia grama abaixo: 
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Apresentar um fluxograma do funcionamento do CSMA/CD do ethernet 
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Dentro de um adaptador específico, o protocolo CSMA/CD funciona da seguinte maneira: 
 O adaptador obtém uma informação (datagrama IP) de sua camada de rede, encapsula o 
datagrama adicionando um head e um tail e o coloca no buffer do adaptador. 
 Se o adaptador percebe canal sem transmissão (carrier sense), espera um IFG (Inter Frame 
Gap) 9,6µs e inicia a transmissão do quadro; 
se percebe que está ocupado, espera um IFG e volta a perceber o canal (escutar o canal). 
 Enquanto transmite, o adaptador monitora a presença de colisão (destruição da transmissão no 
coaxial) ou presença de transmissão de outros nós da rede. 
Com colisão Sem colisão 
· Se detectar tal presença enquanto está 
transmitindo, o adaptador interromperá a 
transmissão e transmitirá um sinal de 
reforço de colisão (Jam) de 48 bits. 
· Após abortar, o adaptador entra em fase 
de backoff (Algoritmo de Recuo 
Exponencial Binário Truncado). 
 
Se não detectar tal presença enquanto estiver 
transmitindo, o adaptador conclui a operação 
com o quadro, o retira do buffer de saída. 
Transmissão com sucesso. 
 
Eficiência da Ethernet pode ser definida como a fração final de tempo durante a qual os quadros estão 
sendo transmitidos no canal, sem colisões. Logo quanto mais estações e as mesmas com quadros a 
enviar, menor será a eficiência da rede, necessitando de segmentaçãode camadas 2 ou 3. 
Domínio de broadcast e domínio de colisão 
Domínio de colisão 
A ocorrência de colisões vem do fato da rede ethernet ter sido pensada e construída com uma topologia 
de múltiplo acesso onde todos os nós podem transmitir no barramento, bastando escutar o meio e se 
estiver ocioso, pode transmitir. Se duas ou mais estações transmitirem ao mesmo tempo ocorre o 
encontro dos sinais e dependendo da fase são somados ou subtraídos, caracterizando um valor diferente 
de ?0 ou 1?. A evolução da rede em barra para a topologia em estrela, implementada por concentrador 
denominado HUB, equipamento de camada 1, cuja função é regenerar e encaminhar os bits recebidos, 
através difusão, alterou um pouco o conceito de colisão. Colisão passou a ser o recebimento de 
transmissão enquanto efetua uma transmissão. 
Após a definição de colisão vamos definir até onde uma colisão se propaga (domínio de colisão)? 
A propagação da colisão está intimamente ligada ao modelo em camadas, principalmente quanto a 
camada em que o dispositivo de rede trabalha. O equipamento de camada 1 encaminha bits, o 
equipamento de camada 2 encaminha frame ou quadros e o equipamento de camada 3 encaminha 
datagrama ou pacote. A transmissão do ethernet é uma transmissão síncrona, logo transmite blocos 
(quadro ou frame ethernet) de informação de um tamanho razoável, até 1518 bytes, sem contar com o 
preâmbulo. 
Como o deslocamento do bit no meio físico não é instantâneo, duas ou mais estações podem escutar o 
meio simultaneamente e transmitirem ao mesmo tempo gerando uma colisão, dependendo da topologia 
alguns bits podem ter passado por um concentrador, equipamento camada 1 que encaminha bits, antes 
da percepção da colisão. Essa percepção da colisão após haver encaminhado alguns bits do frame ou 
quadro, impede que o HUB trate a mesma, já que o método de acesso ao meio (CSMA/CD) p revê que 
transmissor e receptor devem parar a transmissão, transmitir um JAM e realizar o tratamento da colisão, 
bem como as estações que receberam alguns bits desse frame ou quadro devem descartar esse 
fragmento de frame que foi corrompido. Por isso o HUB ou qualquer equipamento de camada 1 não pode 
tratar colisão. 
Como conclusão os segmentos interligados por equipamentos de camada 1 estão no mesmo domínio de 
colisão. 
Os equipamentos de camada 2, como exemplo pontes, podem evitar a passagem de colisão en tre os 
diversos segmentos de rede, os mesmos encaminham frames ou quadros, logo se o quadro foi 
corrompido não há interesse em retransmiti-lo nos outros segmentos. Por isso quando é verificado um 
grande aumento no quantitativo de colisões, o administrador de redes deve segmentar a rede com 
equipamentos que no mínimo trabalhem na camada 2. 
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Apresentar topologia com 2 hosts interligados por um repetidor , apresentando detalhes das camadas, 
com o repetidor repetindo os bits de um segmento para o outro 
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Domínio de broadcast 
Antes de definirmos domínio de broadcast vamos diferenciar endereço de broadcast, difusão e flooding. 
Endereço de broadcast é quando o frame ou quadro está endereçado a TODAS as estações da rede, 
exemplo na ethernet FF:FF:FF: FF:FF:FF onde os 48 bits do endereço estão ligados. 
Difusão é o que alguns autores denominam de redes de broadcast onde a informação indiferente de ser 
unicast, multicast ou broadcast, é difundida no meio e todas ou quase todas as estações recebem essa 
informação, sendo típica de ligações multiponto. 
Flooding, é quando o equipamento recebe sua unidade de dados e encaminha para todas as portas 
exceto para a porta pela qual recebeu sua unidade de dados, exemplo o HUB encaminha os bits para 
todas as suas portas exceto através da porta por onde recebeu sua unidade de dados. 
Conforme nosso estudo de domínio de colisão, os equipamentos de cam ada 1 encaminham a colisão 
para todos os segmentos, realizando a união desses segmentos em um único Domínio de Colisão. 
Agora vamos ao domínio de broadcast, é até onde um broadcast se propaga, significa que se uma 
determinada estação deseja enviar uma informação para todas as estações de uma determinada rede, 
basta assinalar como destino o endereço de broadcast, que todos as estações dos segmentos 
interligados por equipamentos camada 1, que não possuem o conceito de endereço somente manipulam 
bits de forma isolada, ou segmentos interligados por equipamentos de camada 2, que entendem o 
endereço físico. A ação de um equipamento camada 2 ao receber frame ou quadro endereçado a 
broadcast, é realizar um flooding de sua unidade de dados. 
O equipamento de camada 3, exemplo roteador, é um encaminhador de datagramas IP ou pacotes o 
mesmo ao receber um frame ou quadro endereçado a broadcast reage como um host que é e processa 
esse frame. O processamento desse frame nada mais é que verificar sua integridade (CRC-32), através 
do campo (EtherType) que define a que protocolo de camada 3 será entregue a informação ou payload do 
frame ou quadro. Dessa forma o roteador não possibilita que um broadcast se propague para outro 
segmento, assim o equipamento camada 3 impede que um a estação do segmento atual consiga 
estabelecer um enlace de dados diretamente com o destino que esteja depois de um camada 3, logo o 
roteador separa domínios de broadcast e cada domínio de broadcast é ? tecnicamente uma rede 
diferente?. 
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Apresentar topologia com 2 hosts interligados por uma ponte , apresentando detalhes das camadas, com 
a ponte encaminhando o quadro ethernet interligando os segmentos. 
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Características dos equipamentos: 
 
· HUBs são equipamentos de camada 1, regeneram o sinal(bit) e o 
repetem em todas as portas exceto pela porta a qual o recebeu (flooding), une domínios 
de colisão e não possui conceito de endereço, o bit não é endereçável. 
· Pontes ou Bridges são equipamentos de camada2, recebem o frame 
ou quadro, registram o endereço de origem (SA) e a informação da respectiva interface 
pela qual recebeu o frame na tabela de endereços MAC (CAM), segmentam a rede não 
deixando passar colisões separando domínios de colisão, possui o conceito de endereço 
físico, realiza o encaminhamento frames com endereço unicast somente para a porta de 
destino específica onde a estação se encontra, desde que esse destino esteja 
armazenado em sua tabela de endereços MAC e o endereço de broadcast para todas as 
portas exceto a porta pela qual recebeu (flooding). 
· Switches são equipamentos também de camada 2, realizando as 
mesmas tarefas das pontes ou bridges. A diferença é que a switch teve em seu 
desenvolvimento o objetivo de diminuir a latência dos equipamentos de camada 2, que 
armazenam todo o frame ou quadro antes de encaminha-lo (comutação por software - 
store and forward). Os switches trabalham com comutação por hardware realizando 
mircosegmentações em seu backplane, em geral tecnologia ASICs, as comutações por 
hardware cut-through e fragment free serão detalhados mais adiante em nossa aula. 
· Roteadores são equipamentos de camada 3, encaminham datagramas 
e NÃO frames ou quadros funcionam como hosts TCP/IP, assim ao receberem frames ou 
quadros descartam os que não forem a ele destinados (unicast) ou a um dos grupos ao 
qual pertença (multicast) ou broadcast que é para todos e processam o mesmo 
entregando a informação do frame ou quadro à camada 3. Os roteadores trabalham com 
armazenamento e encaminhamento do datagrama, toma a decisão de roteamento com 
base na tabela de rotas IP (IP route). Como o roteador processao frame e realiza o 
encaminhamento da unidade de dados da camada de redes, ele realiza uma 
segmentação de domínios de broadcast e colisão. O roteador separa os domínios de 
broadcast que tecnicamente é a rede local, logo o roteador separa redes. 
 
Endereçamento na camada de enlace 
Inicialmente devemos lembrar que: 
camada unidade de dados endereço equipamentos 
3 redes Pacote ou datagrama Lógico Roteador 
2 enlace de dados Frame ou quadro Físico Ponte, Switch 
1 física bit Não há HUB, repetidor 
Deve ser observado que o endereço físico não é da estação de rede e sim do adaptador de rede, logo se 
uma placa possuir 2 adaptadores, estará com 2 endereços físicos ou endereços MAC. A maioria das 
LANs possuem endereços de 6 bytes, expressos em notação hexadecimal, cada byte ou dois dígitos 
hexadecimais separados por ?:?. Esse endereço MAC vem gravado de fábrica na ROM ou EPROM do 
adaptador (NIC). 
Esses endereços TEM que ser únicos, o mesmo é controlado da seguinte forma: 
· Os 3 primeiros bytes são controlados pelo IEEE ? Instituto de Engenheiros Eletricistas e 
Eletrônicos, onde cada fabricante recebe o seu OUI - Organizationally Unique Identifier; 
· Os 3 últimos bytes são controlados pelo próprio fabricante onde serializam as diversas 
interfaces fabricadas. 
Apesar do endereço físico (end MAC) ser composto por duas informações os 3 primeiros bytes OUI e os 
3 últimos S/N (número de série) da interface pelo fabricante o mesmo não possui qualquer tipo de 
hierarquia é um enderece linear composto não fornecendo ideia de grupo, pois podemos criar redes com 
placas de fabricantes diferentes. 
Uma observação muito interessante, nas LANs, é que para os dados se deslocarem de uma estação para 
outra é necessário, em ambientes de múltiplo acesso, que a origem sa iba o endereço físico do destino. 
Nas redes passam bits os bits formam os frames ou quadros e os mesmos são endereçados com 
endereço físico ou MAC. 
Comutação 
Os comutadores de camada de enlace tem como função receber frames ou quadros de camada de 
enlace e encaminhá-los para enlaces de saída. 
Filtragem é a capacidade que determina se um quadro deve ser repassado para alguma interface ou se 
deve apenas ser descartado. 
Repasse é a capacidade de um comutador que determina as interfaces para as quais um quadro deve 
ser dirigido e então dirigir o quadro a essas interfaces. 
Filtragem e repasse de comutadores são realizados através das informações da MAC Address Tab le 
(CAM), que contém registros de alguns nós da LAN, mas não necessariamente de todos. 
O registro de um nó na MAC Address Table ( ou CAM - Content Addressable Memory ) possui as 
seguintes informações: 
 O endereço MAC (MAC address) do nó; 
 A interface do comutador (Ports) por onde o nó é alcançado. 
 E o horário em que o registro para o nó foi adicionado na tabela.(não apresentado no comando 
? o default é 300 seg nos equipamentos Cisco). 
A figura apresenta uma rede com 4 estações totalmente convergida. 
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Apresentar topologia com 1 switch e 4 hosts interligados ao switch na VLAN nativa. 
E uma tabela MAC Address Table convergida 
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Vamos analisar os três possíveis casos de comutação: 
 
1- Não existe a entrada na MAC Address Table (CAM), indiferentemente de ser broadcast FF:FF:FF: 
FF:FF:FF ou unicast 00:00:00:00:33:33, o switch realizará um flooding, encaminhando o frame ou quadro 
para todas as interfaces exceto pela qual recebeu o frame; 
 
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Apresentar topologia com 1 switch e 4 hosts interligados ao switch na VLAN nativa. 
E uma tabela MAC Address Table vazia onde o switch envia os quadros para todos os hosts. 
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2- Existe a entrada na MAC Address Table (CAM) associada ao MAC 00:00:00:00:33:33 com a interface 
Fa0/3 e o quadro precisa ser encaminhado ao seu destino, o switch realiza a comutação para a interface 
de saída (Fa0/3); 
 
 
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Apresentar topologia com 1 switch e 4 hosts interligados ao switch na VLAN nativa. 
E uma tabela MAC Address Table vazia onde o switch possui a informação da interface do MAC de 
origem. 
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3- Existe a entrada na MAC Address Table (CAM) associada ao MAC 00:00:00:00:22:22 com a interface 
Fa0/1, e o frame ou quadro chegou pela interface Fa0/1 a mesma para onde deveria ser comutado, ou 
seja, o quadro NÃO precisa ser encaminhado para qualquer outra interface e o mesmo já foi recebido no 
segmento por onde chegou, o switch realiza a função de filtragem ao descartar o quadro; 
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Apresentar topologia com 1 switch interligado a 2 hosts e a 1 HUB; o HUB além da interligação ao switch 
interligado a 2 outros hosts, que fazem uma comunicação entre eles e o switch recebe cópia dos bits, 
armazena o quadro e não encaminha pois a MAC Addres s Table oossui a informação que origem e 
destino encontram-se na mesma interface. 
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Montagem da MAC Address Table é dinâmica e automática, sem a necessidade de qualquer ação do 
administrador de rede ou configuração. 
1.A tabela de comutação inicialmente está vazia; 
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Apresentar resultado do comando show mac-address-table static, o resultado pode ser vazio 
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2.Para cada frame ou quadro recebido por uma interface, o switch armazena seu endereço de origem 
(SA) na MAC Address Table (CAM), associando à interface através da qual foi recebido, com seu 
respectivo horário. 
 
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Apresentar topologia com 1 switch e 4 hosts interligados ao switch na VLAN nativa. 
Demonstrar como o switch preenche as informações de sua tabela através do endereço de origem. 
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Ao receber o frame ou quadro pela interface Fa0/1, o switch registra essa informação em sua tabela; 
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Apresentar topologia com 1 switch e 4 hosts interligados ao switch na VLAN nativa. 
Demonstrar como o switch preenche as informações de sua tabela através do endereço de origem. 
-------------------------------------------------------------------- 
Como o destino não está registrado em sua tabela o switch realiza um flooding, enviando o frame ou 
quadro para todas as interfaces exceto pela qual ele recebeu o frame; 
 
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Apresentar topologia com 1 switch e 4 hosts interligados ao switch na VLAN nativa. 
Demonstrar como o switch repassa para todas as interfaces quando não sabe onde encontrar o destino 
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Não realizando qualquer alteração em sua tabela, pois somente a atualiza através do endereço de 
origem(SA); 
 
Resposta do nó 00:00:00:00:33:33 à comunicação, exemplo uma resposta a um ping(ICMP ? Echo 
Reply), 
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Apresentar topologia com 1 switch e 4 hosts interligados ao switch na VLAN nativa. 
Demonstrar como o switch preenche as informações de sua tabela através do endereço de origem, 
quando o host 10.1.1.3 responde à solicitação, qualquer que seja. 
--------------------------------------------------------------------Ao receber o frame ou quadro através da interface Fa0/3, o switch registra essa informação em sua 
tabela; 
Como o destino está registrado em sua tabela o switch realiza a comutação do frame ou quadro somente 
para a interface onde alcança o destino, não sobrecarregando os outros enlaces desnecessariamente; 
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Apresentar topologia com 1 switch e 4 hosts interligados ao switch na VLAN nativa. 
Demonstrar como o switch conhecendo a interface onde se encontra o destino somente envia o quadro 
para a porta correta.. 
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3.O switch apagará um endereço na MAC Address Table(CAM), se nenhum frame ou quadro com o 
respectivo endereço de origem (SA) for recebido por determinado período de tempo (o tempo é 
configurável) ou trocar a estação de porta, essa estação será alcançada por essa nova interface e a 
tabela apagará a entrada anterior. Resumindo a troca de uma estação de porta ou o tempo de inatividade 
resultam na retirada de sua informação da MAC Address Table(CAM). 
Vantagens em utilizar os comutadores camada 2 em detrimento do barramento ou concentrador(HUB) 
camada 1: 
· Eliminação de 
colisões - fragmentos de frames são descartados já que comutadores 
implementam CSMA/CD; 
· Enlaces 
heterogêneos ? são capazes de interligar portas com velocidades 
diferentes 10, 100, 1000 Mbps por possuir buffers por interface; 
· Gerenciamento ? uso de SNMP 
?Simple Network Protocol, configuração remota através Telnet (plain text) ou 
SSH (cipher text). 
 
Pontes e Switches 
Os equipamentos camada 2 (ponte, bridge ou swtich), ambos segmentam o tráfego, pois impedem que o 
tráfego gerado entre computadores do mesmo segmento, passem para o outro segmento. Eles realizam 
esta tarefa utilizando sua MAC Address Table (CAM), sendo capazes de filtrar o tráfego. Uma grande 
rede, com um único domínio de colisão, pode ser segmentada em redes menores com o uso de várias 
pontes ou switches. Essa segmentação aumenta a performance da rede já que menos computadores 
estarão competindo pelo acesso ao meio (cabo) no mesmo segmento. Porém para a eficiência dessa 
segmentação é importante que aproximadamente 80% do tráfego gerado tenham como destino o mesmo 
segmento. 
A camada 2 faz uso somente do endereço físico não utilizando o endereço lógico(ex endereço IP), 
simplificando a decisão de encaminhamento. Durante o processo de encaminhamento o frame ou quadro, 
geralmente, não sofre alterações, mas existem pontes não transparentes que são conversoras de 
protocolos para interligar, por exemplo, uma rede ethernet com uma rede token ring, muito utilizada no 
passado. 
Um lembrete é que a segmentação dos equipamentos de camada 2 não substituem a segmentação de 
camada 3 (roteadores), pois a segmentação de camada 3 segmenta não somente domínios de colisão 
mas principalmente os domínios de broadcast. 
Quanto a utilização dos métodos de comutação: 
Ponte 
· store and forward 
Switch 
· cut and through ou 
· fragmente free 
Obs: 
o cut and through possui a menor latência (6bytes DA), 
em seguida o fragment free (64bytes evitar colisão) e 
por último o store and forward (armazena todo o frame e depois encaminha). 
 
Operação da Ponte 
O propósito original de uma ponte ethernet era separar ou segmentar um domínio de colisão. A ponte 
possui uma tabela onde armazena a informação do MAC de origem (SA) associado à interface pela qual 
recebeu o frame ou quadro, desta forma a ponte passou a ser capaz de melhorar a gerência do tráfego 
entre segmentos, somente encaminhando o frame se o mesmo for destinado a outro segmento e filtrando 
através de descarte os frames destinados ao mesmo segmento de onde o frame chegou. Quando a ponte 
não conhece o destino ou é endereçado a broadcast (FF:FF:FF:FF:FF:FF) realiza um flooding 
encaminhando o frame ou quadro para todas as suas portas exceto para a porta pela qual o recebeu. 
O frame ou quadro é uma unidade de dados de camada 2, no caso Ethernet possui em seu frame 
endereço de destino(Destination Address) e endereço de origem (Source Address), outras tecnologias de 
camada 2, como o PPP, possui somente o endereço de destino e faz uso do endereço de broadcast já 
que é aplicável a enlaces ponto a ponto, onde o frame é enviado para um e somente um possível destino. 
 
Exemplo de frame ou quadro Ethernet II: 
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Apresentar o frame ethernet e seus campos 
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Portas 
Tradicionalmente a ponte possuía somente duas portas, já que sua finalidade era segmentar a rede com 
a separação dos domínios de colisão e a otimização do tráfego de rede, somente encaminhando para o 
outro segmento o que não souber o destino ou for para aquele segmento de rede. 
Com a evolução do Ethernet para UTP ? Unshielded Twisted Pair e topologia em estrela, as pontes 
evoluíram para pontes multiporta, porém funcionando exatamente como as pontes de duas p ortas, 
comutando store and forward(armazena e encaminha). A próxima evolução foi diminuir a latência nas 
transmissões das LANs Ethernet com a criação dos comutadores (switches), que passaram a realizar a 
comutação por hardware, cut and through (leitura som ente do endereço de destino e encaminha)e 
fragment free(livre de fragmentos de frames), realizando microsegmentação em um backplane. 
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Apresentar topologia com 2 hosts interligados por uma ponte , apresentando detalhes das camadas, com 
a ponte encaminhando o quadro ethernet interligando os segmentos. 
Ressaltar os domínios de colisão e de Broadcast. 
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Ponte normal utilizando comutação store and forward. 
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Apresentar topologia com 2 hosts interligados por um switch , apresentando detalhes das camadas, com 
o switch realizando uma microsegmentação entre as portas origem e destino. 
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Switch utilizando par trançado, comutação por hardware, tecnologia ASIC - Application Specific Integrated 
Circuits, diminuindo a latência em relação às pontes. 
Características 
Switches geralmente têm as mesmas funcionalidades das pontes e como principal característica a 
redução da latência. Essa redução se dá principalmente pelo processamento dos frames ou quadros, 
que nos switches é realizado por hardware através de chips especiais chamados ASICs. 
Outras características que a distingue das pontes, nos dias atuais, é a economia de portas através das 
VLANs ? Virtual Local Area Network (especificação IEEE 802.1q) e a possibilidade de caminhos 
alternativos de camada 2 através da implementação do protocolo STP ? Spanning Tree Protocol 
(especificação IEEE 802.1d) e suas variações. 
Principais funções do Switch 
ü Aprendizagem de Endereços 
Os switches utilizam o campo endereço de origem (Source Address) do frame, para registrar esse 
endereço e sua respectiva associação à interface pela qual chegou que será a mesma que irá alcançar 
esse nó. Essas informações, registradas na MAC Addres Table (CAM - Content Addressable Memory), 
possuem atualização basicamente por 2 motivos: 
ü o tempo de vida dessa informação sem utilização (IDLE), que na Cisco por default é de 300 
segundos, podendo ser alterada por comando. Acarretará a retirada (exclusão) dessa 
informação desua tabela; 
ü a entrada de novo frame, com endereço de origem já registrado para outra interface 
acarreta a exclusão da entrada anterior e inclusão de novo registro na tabela para a nova 
interface. 
 
ü Decisões de Encaminhamento 
Ao receber o frame ou quadro por uma de suas interfaces, o switch verifica o endereço de destino 
(endereço físico ou endereço de hardware) na sua MAC Address Table encaminhando o frame para a 
interface definida na tabela. Se o endereço não for localizado na tabela ou for endereço de broadcast(FF: 
FF: FF: FF: FF: FF) o switch realizará um flooding encaminhando o frame para todas as interfaces ativas 
do switch exceto a interface pela qual o mesmo foi recebido. 
 
ü Inibição de Loops 
Para uma rede de camada 2 atender ao requisito de alta disponibilidade é necessário a utilização de 
caminhos alternativos entre os switches para prover tolerância a falhas. Esses caminhos alternativos não 
podem ficar ativos simultaneamente, pois acarretariam propagação contínua de frames em um domínio 
de broadcast circular. Essa duplicação de frames se for destino unicast o impacto é pequeno, já o frame 
destinado ao endereço de broadcast (FF:FF:FF:FF:FF:FF) acarreta um problema chamado broadcast 
storm (tempestade de broadcast), que é grave o suficiente para parar toda a rede. Para implementação 
dessa redundância e execução automática da gerência dessa redundância é necessário a utilização do 
protocolo STP. 
Exemplificando: 
1- A estação de trabalho (nó de rede) envia um frame destinado a broadcast (FF: FF: FF: FF: 
FF: FF), o switch de acesso que coloca esse usuário final através da porta Fa0/3, que é 
encaminhado por flooding (difusão para todas as portas ativas exceto a porta pela qual recebeu 
o frame), representado pelo fluxo 2 (verde e azul) e assim nos próximos switches os fluxos 
3(verde e azul dos respectivos switches). Os próximos switches enviando o fluxo 4 (verde e azul) 
retornando ao switch inicial. 
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Apresentar topologia com 3 switches, circular demonstrando a duplicidade de quadros e a inconsistência 
da MAC Address Table. 
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2- O switch inicial irá realizar o flooding e até mesmo para a estação original do frame, que 
receberá o mesmo de ambos os fluxos 4(verde e azul). Caracterizando a duplicidade de 
recebimento de frames e o fluxo 5 (verde e azul) será repassado para todas as outras portas 
refazendo o fluxo anterior totalmente, gerando o fenômeno chamado broadcast storm 
(tempestade de broadcast). 
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Apresentar topologia anterior demonstrando a duplicidade de quadros e a inconsistência da MAC Ad dress 
Table, em uma segunda propagação do mesmo quadro. 
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Cascateamento X Empilhamento 
CASCATEAMENTO: 
É a interligação de comutadores através de uma de suas portas com a porta de outro equipamento, em 
geral com cabos UTP ou Fibra Óptica. Essa ligação possui largura de banda limitada a velocidade da 
porta (10/100/1000Mbps). 
A interligação entre dois DCEs ? Equipamento de Comunicação de Dados, possuidores da me sma 
funcionalidade, esta interligação deve ocorrer com a utilização de cabo crossover ( IEA/TIA 568A em uma 
ponta e 568B na outra ou Fibra Óptica ligada de forma cruzada Rx ? TX e TX ? Rx.). Alguns 
equipamentos utilizam portas MDIX onde ao pressionar um botão o equipamento inverte, na porta de 
uplink, Tx com RX e vice versa, dispensando a utilização de cabo crossover. A maioria dos equipamentos 
mais modernos, disponibilizam auto MDI/MDIX, configurando automaticamente a configuração apropriada 
ao perceber a conexão de uma cabo à interface, possibilitando utilizar qualquer porta do switch para 
cascateamento. 
- Cascatear os switches ou HUBs, geralmente degradam a performance da rede, além de 
algumas restrições: Equipamento de camada 1, deve ser observada a regra padrão do ethernet 
5-4-3, o que não é observado nos equipamentos de camada 2; 
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Apresentar topologia para o ensinamento da regra 5 4 3 do ethernet, indicando o máximo de segmentos e 
repetidores, bem como os segmentos que podem possuir estações 
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Regra padrão da rede Ethernet 5-4-3, 5 segmentos, 4 repetidores e 3 segmentos povoados, com essa 
formação a rede ethernet sempre funcionará perfeitamente. Não significando que outras formações não 
irão funcionar. 
- Em ambos os casos camadas 1 e 2, observar as recomendações do fabricante; 
- Redes de 1Gbps não permitem mais de 1 repetidor; 
- Normas de cabeamento estruturado limitam o máximo de 2 hierarquias (2 níveis); 
- Apesar de ser rápido e barato, ele ocupa portas que poderiam ser utilizadas para ligação de 
equipamentos da rede. 
O cascateamento deve ser cuidadoso para não criar loops fechados, podendo ocorrer o broadcast storm 
(tempestade de broadcast), como nós estudamos anteriormente nessa aula para haver ou prevenir loop 
de camada 2 é necessário habilitar o protocolo de STP 
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Apresentar topologia com 7 switches, cascateados 2 a dois, demonstrando o cascateamento. 
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Exemplo de cascateamento, utilização de portas do switch para interligação dos mesmos, não esquecer 
que dependendo do equipamento haverá a necessidade de cabo crossover (cabo cruzado- EIA/TIA 568ª 
em uma ponta e 568B na outra). 
EMPILHAMENTO: 
É a interligação das switches através de portas especificas para empilhamento (stack), possuindo 
velocidades maiores que as portas normais de comunicação. Porém apesar de ser uma interligação 
criada e customizada exatamente para esse fim, somente funciona entre equipamentos de mesmo 
fabricante e mesma tecnologia de interligação, já que fabricantes podem possuir tecnologias diferentes. 
Esses equipamentos passam a funcionar como se fossem um único equipamento, deixando a regra 
padrão do ethernet 5-4-3 (5 segmentos, 4 repetidores e 3 segmentos povoados) não aplicável aos 
equipamentos empilhados contando como 1 equipamento, de qualquer forma deve ser observada as 
limitações impostas ou relatadas pelo fabricante. 
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Apresentar figura de switches empilhadosco cabo específico de empilhamento (stack). 
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Aplicação Prática Teórica 
Livro Kurose, Cap5, e Forouzan Cap 15