Interconexão de Redes Locais

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

Comunicação de Dados
Aula 10: Interconexão de redes locais 
Interconexão de redes locais
COMUNICAÇÃO DE DADOS
Interconexão de redes locais – AULA 10 - *
Conteúdo Programático desta aula
Ao final desta aula, você será capaz de:
Diferenciar os tipos de dispositivos utilizados para conexão de estações em uma rede local. 
Identificar as arquiteturas de backbones utilizados para interconexão de redes locais.
Identificar os conceitos de comunicação de dados aplicados ao funcionamento dos dispositivos de redes locais Ethernet.
Interconexão de redes locais
COMUNICAÇÃO DE DADOS
Interconexão de redes locais – AULA 10 - *
Introdução
Para interligação de LANs, ou de segmentos de LANs, são usados dispositivos de interconexão chamados, também, de dispositivos ativos de redes.
Os tópicos de estudo desta aula são as características de funcionamento dos equipamentos de interconexão e a apresentação do conceito de redes backbone.
Interconexão de redes locais
COMUNICAÇÃO DE DADOS
Interconexão de redes locais – AULA 10 - *
Interligação de Redes
Para a elaboração de projetos de interligação de redes, faz-se necessário utilizar métodos sofisticados de planejamento e dimensionamento, principalmente em redes para grandes centros de dados.
Um dos principais requisitos para essa atividade é o conhecimento e a identificação dos dispositivos ativos de rede.
Interconexão de redes locais
COMUNICAÇÃO DE DADOS
Interconexão de redes locais – AULA 10 - *
Camadas e Dispositivos
A abordagem que utilizaremos é direcionada para as camadas onde os dispositivos atuam. E, nesse caso, suas principais atuações são nas camadas física, de enlace e de rede.
A abordagem, portanto, trata das seguintes categorias de dispositivos:
 repetidores, 
 hubs, 
 pontes (bridges)
 switches e
 roteadores.
Interconexão de redes locais
COMUNICAÇÃO DE DADOS
Interconexão de redes locais – AULA 10 - *
Camadas e Dispositivos
A análise dos dispositivos levam em conta conceitos como: 
 regeneração de sinal, 
 segmentação de LAN, 
 acesso ao meio, 
 filtragem e aprendizado, 
 conexão ponto a ponto.
Interconexão de redes locais
COMUNICAÇÃO DE DADOS
Interconexão de redes locais – AULA 10 - *
Repetidor
O repetidor é um dispositivo de camada física cujo objetivo é regenerar o padrão original de bits de um sinal quando ele já sofreu atenuação. 
O repetidor estende o comprimento de uma LAN, recebendo um sinal fraco e encaminhando a todos um sinal regenerado.
Interconexão de redes locais
COMUNICAÇÃO DE DADOS
Interconexão de redes locais – AULA 10 - *
Hub
O hub pode ser considerado um repetidor multiportas, usado para interligar dispositivos em uma topologia estrela. Assim, o sinal recebido por uma porta é propagado por todas as outras portas, também regenerado. 
Ele pode ser utilizado nas redes Ethernet, por exemplo, de forma hierárquica (cascateado), o que elimina as limitações de distâncias entre dispositivos no padrão 10Base-T .
Interconexão de redes locais
COMUNICAÇÃO DE DADOS
Interconexão de redes locais – AULA 10 - *
Hub
Um segmento de rede centralizado num HUB é chamado de DOMÍNIO DE COLISÃO”, pois existe a possibilidade de dois ou mais dispositivos transmitirem ao mesmo tempo gerando colisão.
Quanto maior a quantidade de dispositivos conectados mais lenta fica a rede como um todo.
Interconexão de redes locais
COMUNICAÇÃO DE DADOS
Interconexão de redes locais – AULA 10 - *
Ponte
As pontes (bridges) operam na camada física e na camada de enlace. 
Na camada física, sua tarefa é também regenerar o sinal. Já na camada de enlace, sua tarefa é analisar os endereços físicos que fazem parte do quadro.
A análise dos endereços físicos é realizada para fins de filtragem. 
A ponte possui uma tabela que associa endereços físicos a portas. Uma ponte tem duas portas. 
Interconexão de redes locais
COMUNICAÇÃO DE DADOS
Interconexão de redes locais – AULA 10 - *
Ponte
Os hosts da rede desconhecem a existência das pontes. 
A tabela de encaminhamento das pontes é construída automaticamente. 
Para cada quadro recebido o campo host de origem é salvo na tabela de encaminhamento.
A partir da tabela os quadros são encaminhados apenas para a porta onde se encontrar o MAC de destino
Interconexão de redes locais
COMUNICAÇÃO DE DADOS
Interconexão de redes locais – AULA 10 - *
Ponte
Alguns autores também classificam pontes como dispositivos capazes de integrar dispositivos ou segmentos de rede de natureza diferente.
Num dispositivo que integra um segmento de rede sem fio e outro sem fio temos uma ponte.
Interconexão de redes locais
COMUNICAÇÃO DE DADOS
Interconexão de redes locais – AULA 10 - *
Switch
Switches viabilizam a alocação de um host por porta, o que significa que não existe disputa entre hosts, menos colisão, ou nenhuma colisão.
Interconexão de redes locais
COMUNICAÇÃO DE DADOS
Interconexão de redes locais – AULA 10 - *
Switch
Além das decisões de filtragem e do autoaprendizado, os switches podem ter buffer para armazenar quadros, ou ainda, podem utilizar estratégias para encaminhar quadros de forma mais rápida. 
Switches são utilizados nos padrões de comunicação Ethernet e suas evoluções. A velocidade de comunicação varia entre 10 Mbps a 10 Gbps, half-duplex ou full-duplex, dependendo do padrão adotado.
Interconexão de redes locais
COMUNICAÇÃO DE DADOS
Interconexão de redes locais – AULA 10 - *
Switch
Os principais fabricantes de switches para uso em empresas são  3Com, Furukawa, D-Link, Cisco , dentre outras, que possuem tamanhos e características padronizadas para cascateamento e colocação em racks.
Os switches podem ser gerenciáveis ou não gerenciáveis. Estes últimos fazem apenas a função de comutação. Já os gerenciáveis possuem características imprescindíveis para uso em grandes redes.
Interconexão de redes locais
COMUNICAÇÃO DE DADOS
Interconexão de redes locais – AULA 10 - *
Switch
Switches gerenciáveis possuem um endereço IP próprio para configuração via Web ou Telnet. 
Temos modelos com suporte a links redundantes, à configuração de VLANs (Virtual Local Área Network), dentre outras funcionalidades, dependendo do fabricante.
Interconexão de redes locais
COMUNICAÇÃO DE DADOS
Interconexão de redes locais – AULA 10 - *
Classificação dos Switches
Quanto ao método de encaminhamento dos pacotes
store-and-forward, 
cut-through ou 
adaptative cut through.
Interconexão de redes locais
COMUNICAÇÃO DE DADOS
Interconexão de redes locais – AULA 10 - *
Classificação dos Switches
Encaminhamento store-and-forward
Switches Store-and-Forward guardam cada quadro em um buffer antes de encaminhá-lo para a porta de saída. 
Enquanto o quadro está no buffer, o switch calcula o CRC e mede o tamanho do quadro.
 
Se o CRC falha, ou o tamanho é muito pequeno ou muito grande (um quadro Ethernet tem de 64 bytes a 1518 bytes) o quadro é descartado. 
Se estiver tudo OK, o quadro é encaminhado para a porta de saída
Interconexão de redes locais
COMUNICAÇÃO DE DADOS
Interconexão de redes locais – AULA 10 - *
Classificação dos Switches
Encaminhamento store-and-forward
Esse método assegura operações sem erro e aumenta a confiabilidade da rede.
 
Contudo, o tempo gasto para guardar e checar cada quadro adiciona um tempo de latência grande ao processamento dos quadros.
A latência total é proporcional ao tamanho dos pacotes: quanto maior o pacote, maior o delay
Interconexão de redes locais
COMUNICAÇÃO DE DADOS
Interconexão de redes locais – AULA 10 - *
Classificação dos Switches
Encaminhamento cut-through
Os Switches Cut-Through foram projetados para reduzir a essa latência. Esses switches minimizam o delay lendo apenas os 6 primeiros bytes de dados do pacote, que contém o endereço de destino, e logo encaminham o pacote
Contudo, esse switch não detecta pacotes corrompidos causados por colisões (conhecidos como
runts), nem erros de CRC. Quanto maior o número de colisões na rede, maior será a largura de banda gasta com o encaminho de pacotes corrompidos
Interconexão de redes locais
COMUNICAÇÃO DE DADOS
Interconexão de redes locais – AULA 10 - *
Classificação dos Switches
Encaminhamento cut-through
Uma variedade de switch cut-through é o fragment free, projetado para eliminar esse problema.
 
Nesse caso, o switch sempre lê os primeiros 64 bytes de cada pacote, assegurando que o quadro tem pelo menos o tamanho mínimo, evitando o encaminhamento de runts pela rede
Interconexão de redes locais
COMUNICAÇÃO DE DADOS
Interconexão de redes locais – AULA 10 - *
Classificação dos Switches
Encaminhamento adaptative cut through
Os switches que processam pacotes no modo adaptativo suportam tanto store-and-forward quanto cut-through. 
Qualquer dos modos pode ser ativado pelo gerente da rede, ou o switch pode ser “inteligente” para escolher entre os dois métodos, baseado no número de quadros com erro passando pelas portas
Interconexão de redes locais
COMUNICAÇÃO DE DADOS
Interconexão de redes locais – AULA 10 - *
Classificação dos Switches
Quanto à forma de segmentação das sub-redes
Os switches podem ser classificados como: 
switches de camada 2 (Layer 2 Switches), 
switches de camada 3 (Layer 3 Switches) ou
 
switches de camada 4 (Layer 4 switches).
Interconexão de redes locais
COMUNICAÇÃO DE DADOS
Interconexão de redes locais – AULA 10 - *
Classificação dos Switches
switches de camada 2 (Layer 2 Switches)
São os switches tradicionais, que efetivamente funcionam como bridges multi-portas. Sua principal finalidade é de dividir uma LAN em múltiplos domínios de colisão. 
Os switches de camada 2 possibilitam múltiplas transmissões simultâneas, a transmissão de uma sub-rede não interfere nas outras sub-redes. 
Os switches de camada 2 não conseguem filtrar broadcasts e multicasts e quadros cujo destino ainda não tenha sido incluído na tabela de endereçamento.
Interconexão de redes locais
COMUNICAÇÃO DE DADOS
Interconexão de redes locais – AULA 10 - *
Classificação dos Switches
switches de camada 3 (Layer 3 Switches)
São os switches que, além das funções tradicionais da camada 2, incorporam algumas funções de roteamento, como a determinação do caminho de repasse baseado em informações de camada de rede (camada 3), validação da integridade do cabeçalho da camada 3 por checksum, e suporte aos protocolos de roteamento tradicionais (RIP, OSPF, etc)
 Os switches de camada 3 suportam também a definição de redes virtuais (VLAN’s), e possibilitam a comunicação entre as diversas VLAN’s, sem a necessidade de se utilizar um roteador externo.
Interconexão de redes locais
COMUNICAÇÃO DE DADOS
Interconexão de redes locais – AULA 10 - *
Classificação dos Switches
switches de camada 3 (Layer 3 Switches)
Por permitir a interligação de segmentos de diferentes DOMÍNIOS DE BROADCAST, os switches de camada 3 são particularmente recomendados para a segmentação de LAN’s muito grandes, onde a simples utilização de switches de camada 2 provocaria uma perda de performance e eficiência da LAN, devido à quantidade excessiva de broadcasts.
Podemos afirmar que a implementação típica de um switch de camada 3 é mais escalável que um roteador, pois o roteador utiliza as técnicas de roteamento a nível 3 e repasse a nível 2 como complementos, enquanto que os switches sobrepõem a função de roteamento em cima do switching, aplicando o roteamento aonde se mostrar necessário
Interconexão de redes locais
COMUNICAÇÃO DE DADOS
Interconexão de redes locais – AULA 10 - *
Classificação dos Switches
switches de camada 3 (Layer 3 Switches)
Existem dois tipos básicos de Switches Layer 3: 
 Pacote-por-Pacote (Packet by Packet) e 
 Layer-3 Cut-through
Interconexão de redes locais
COMUNICAÇÃO DE DADOS
Interconexão de redes locais – AULA 10 - *
Classificação dos Switches
switches de camada 3 (Layer 3 Switches)
Pacote-por-Pacote (Packet by Packet)
Basicamente um switch Packet By Packet é um caso especial de switch Store-and-Forward, pois como estes, bufferizam e examinam o pacote, calculando o CRC do quadro MAC, além disto decodificam o cabeçalho da camada de rede para definir sua rota através do protocolo de roteamento adotado.
Interconexão de redes locais
COMUNICAÇÃO DE DADOS
Interconexão de redes locais – AULA 10 - *
Classificação dos Switches
switches de camada 3 (Layer 3 Switches)
Layer-3 Cut-through
Um switch Layer 3 Cut-Through (não confundir com switch Cut-Through):
examina os primeiros campos, 
determina o endereço de destino (através das informações dos “headers” de camada 2 e 3) , e
estabelece uma conexão ponto a ponto (a nível 2), examinando apenas as informações de nível 2, para conseguir uma alta taxa de transferência de pacotes. 
Interconexão de redes locais
COMUNICAÇÃO DE DADOS
Interconexão de redes locais – AULA 10 - *
Classificação dos Switches
switches de camada 4 (Layer 4 switches)
Estão no mercado a pouco tempo, e geram uma controvérsia quanto à adequada classificação destes equipamentos. 
São muitas vezes chamados de Layer 3+ (Layer 3 Plus).
Basicamente incorpora às funcionalidades de um switch de camada 3, a habilidade de se implementar políticas e filtros a partir de informações de camada 4 ou superiores, como portas TCP e UDP, ou SNMP, FTP, etc.
Interconexão de redes locais
COMUNICAÇÃO DE DADOS
Interconexão de redes locais – AULA 10 - *
Características dos Switches
Capacidade do backplane
A capacidade de repasse de pacotes do backplane de um switch deverá ser de pelo menos a metade da soma das taxas máximas de transmissão de todas as portas do switch, se estas forem half duplex. 
Se as portas do switch puderem operar em full fuplex, a capacidade de repasse dos pacotes deverá ser igual ou maior à soma das taxas máximas de transmissão das portas do switch
Interconexão de redes locais
COMUNICAÇÃO DE DADOS
Interconexão de redes locais – AULA 10 - *
Características dos Switches
Capacidade do backplane
Por exemplo, um switch de 12 portas fast ethernet, half duplex deverá possuir um backplane com a capacidade de efetuar o repasse dos quadros a uma velocidade mínima de 600 Mbps, o que corresponde à situação crítica de haver 6 portas recebendo quadros, e estes sendo redirecionados às outras 6 portas. Se o backplane não suporta o fluxo agregado de 600 Mbps está recebendo, terá que guardar em memória alguns dos quadros, a fim de evitar o seu descarte. 
Neste caso o backplane torna-se o gargalo da rede.
Interconexão de redes locais
COMUNICAÇÃO DE DADOS
Interconexão de redes locais – AULA 10 - *
Características dos Switches
Capacidade da aprendizagem dos endereços MAC
Os switches possuem tabelas onde armazenam os endereços MAC “conhecidos” da rede, e sua correspondente porta de origem, chamadas de source address tables (SAT). 
Estes endereços MAC são das estações de trabalhos, hubs “inteligentes”, outros switches, bridges ou roteadores. 
Os switches implementam o repasse dos quadros de acordo com a informação do endereço de destino nos mesmos e na porta de saída correspondente ao endereço MAC nas tabelas
Interconexão de redes locais
COMUNICAÇÃO DE DADOS
Interconexão de redes locais – AULA 10 - *
Características dos Switches
Capacidade da aprendizagem dos endereços MAC
Toda vez que chega um quadro cujo endereço MAC não consta nas tabelas, é necessário que o quadro seja enviado a todas as portas do switch, como se fosse um broadcast.
Esta ação acentua drasticamente o tráfego na rede, e pode provocar um número considerável de colisões. 
Uma vez que a estação de destino responde à transmissão, seu endereço MAC é “aprendido” e armazenado nas SAT
Interconexão de redes locais
COMUNICAÇÃO DE DADOS
Interconexão de redes locais – AULA 10 - *
Características dos Switches
Capacidade da aprendizagem dos endereços MAC
Toda vez que chega um quadro cujo endereço MAC não
consta nas tabelas, é necessário que o quadro seja enviado a todas as portas do switch, como se fosse um broadcast.
Esta ação acentua drasticamente o tráfego na rede, e pode provocar um número considerável de colisões. 
Uma vez que a estação de destino responde à transmissão, seu endereço MAC é “aprendido” e armazenado nas SAT
Interconexão de redes locais
COMUNICAÇÃO DE DADOS
Interconexão de redes locais – AULA 10 - *
Características dos Switches
Capacidade da aprendizagem dos endereços MAC
Porém, se as tabelas dos switches possuírem uma capacidade de aprendizagem de endereços MAC inferior ao número de dispositivos da rede, é possível que estas já estejam cheias. 
Neste caso uma das entradas da SAT deverá ser descartada para a armazenagem do novo endereço aprendido.  
Interconexão de redes locais
COMUNICAÇÃO DE DADOS
Interconexão de redes locais – AULA 10 - *
Características dos Switches
Capacidade da aprendizagem dos endereços MAC
O critério para descarte do endereço na tabela varia de fabricante ou modelo, sendo mais comuns o uso de uma fila FIFO, onde se descarta o que não se anuncia a mais tempo, ou um critério estatístico em que se descarta aqueles que em uma média temporal geraram um menor tráfego. 
De qualquer modo, a necessidade de se descartar entradas na tabela acabará por acarretar no aumento do tráfego “broadcast” da rede, o que é altamente indesejável.
 
Interconexão de redes locais
COMUNICAÇÃO DE DADOS
Interconexão de redes locais – AULA 10 - *
Características dos Switches
Capacidade da aprendizagem dos endereços MAC
Ao se escolher um switch para sua rede, recomenda-se dimensionar o tamanho da rede e escolher um modelo cuja capacidade de armazenagem de endereços seja igual ao maior ao número de dispositivos da mesma.
Interconexão de redes locais
COMUNICAÇÃO DE DADOS
Interconexão de redes locais – AULA 10 - *
Características dos Switches
Controle de Fluxo (IEEE 802.3x)
Para que seja evitada a situação crítica em que os buffers fiquem cheios, é desejável que os switches implementem a capacidade de controle de fluxo, padronizada pela norma IEEE 802.3x.
 
Existem dois tipos básicos de controle de fluxo: o “Controle de Fluxo Half Duplex” e o Controle de Fluxo Full Duplex”
Interconexão de redes locais
COMUNICAÇÃO DE DADOS
Interconexão de redes locais – AULA 10 - *
Características dos Switches
Controle de Fluxo Half Duplex
Em conexões Half Duplex, os switches utilizam um método chamado “Backpressure”. 
Consideremos um servidor a 100 Mbps enviando pacotes a uma estação de trabalho a 10 Mbps. 
Será necessário bufferizar os pacotes no switch que não puderem ser transmitidos imediatamente pelo link de 10 Mbps. 
Caso os buffers do switch fiquem cheios, o switch necessita sinalizar ao servidor que pare temporariamente de transmitir. 
Isto é feito através do envio de um pacote gerado pela camada MAC do switch, forçando uma colisão no link de 100 Mbps. Serão geradas tantas colisões quanto forem necessárias para que se esvazie os buffers dos switches
Interconexão de redes locais
COMUNICAÇÃO DE DADOS
Interconexão de redes locais – AULA 10 - *
Características dos Switches
Controle de Fluxo Full Duplex
Para conexões Full Duplex, não é possível conter uma transmissão forçando colisões, uma vez que neste tipo de tecnologia é possível a transmissão de pacotes nos dois sentidos, sem que ocorra colisão.
 
O padrão IEEE 802.3x define um esquema diferente de controle de fluxo para ambientes full duplex, utilizando um quadro especial conhecido como quadro “PAUSE”. 
O quadro PAUSE utiliza um endereço de destino de multicast especial, que não é repassado pelos switches, não gerando desta forma tráfego adicional desnecessário, nem interferindo com funções de controle de fluxo em outras partes da rede.
Interconexão de redes locais
COMUNICAÇÃO DE DADOS
Interconexão de redes locais – AULA 10 - *
Características dos Switches
Controle de Fluxo Full Duplex
Da mesma forma, se um switch estiver recebendo quadros por um link e os buffers ficarem cheios, o switch passará a enviar quadros PAUSE pelo link, e a estação transmissora interromperá temporariamente a transmissão de pacotes.
 A maioria dos switches e placas Fast Ethernet e Gigabit Ethernet fabricados atualmente já suportam IEEE 802.3x. Os equipamentos mais antigos que implementam Full Duplex, lançados antes do padrão muitas vezes utilizam métodos para controle de fluxo em links Full Duplex. 
Interconexão de redes locais
COMUNICAÇÃO DE DADOS
Interconexão de redes locais – AULA 10 - *
Roteador
Um roteador é um dispositivo de camada três e direciona pacotes com base em seus endereços lógicos (endereçamento host-a-host). 
Esses dispositivos são utilizados para interligar LANs e WANs na Internet e utilizam tabelas de roteamento para tomar as decisões de encaminhamento, ou seja, a escolha da interface de saída do pacote.
Roteadores possuem componentes de hardware e software iguais aos encontrados em outros computadores: CPU, RAM, ROM, sistema operacional. Além disso, incluem portas para LANs, portas USB, portas auxiliar e console, e slots para interfaces WAN.
Interconexão de redes locais
COMUNICAÇÃO DE DADOS
Interconexão de redes locais – AULA 10 - *
Backbone
As redes locais podem ser interligadas através de um Backbone.
Backbone (espinha dorsal) é uma metáfora aos canais que interligam redes locais (MAN) e também os canais que interligam estas MAN (WAN).
Toda a malha de comunicações externas, empregada para diversas funções de comunições – Dados, voz, TV - é classificada como backbone.
De forma mais restrita o termo também é empregado na infraestrutura de LAN ao nos referirmos aos canais que interligam a LAN aos equipamentos de saída da rede (roteadores e modems).
Interconexão de redes locais
COMUNICAÇÃO DE DADOS
Interconexão de redes locais – AULA 10 - *
Resumo da Aula
Nessa aula, você:
Diferenciou os tipos de dispositivos para conexão de estações em uma rede local ou para interconexão de redes locais.
Identificou as arquiteturas de backbones para interconexão de redes locais.
Aplicou conceitos de comunicação de dados no funcionamento dos dispositivos de redes locais Ethernet.
Interconexão de redes locais