Fundamentos de Redes de Computadores. Elementos de Redes Locais

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1 Fundamentos de Redes de Computadores Elementos de Redes Locais

2 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.

3 Equipamentos de Interconexão de redes Repetidores Hubs Bridges (Pontes) Switches Roteadores

4 Elementos Presentes em Cada Camada OSI Roteador Camada 3 Bridge, switch Camada 2 Repetidor, hub Camada 1

5 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.

6 Repetidores e Modelo OSI

7 Topologia - Exemplo 1000m (máx 2,5Km) 500m 500m 10BASE5 R 10BASE5

8 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.

9 Hubs Camada 1 modelo OSI

10 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.

11 Bridges e o Modelo OSI

12 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

13 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

14 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.

15 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).

16 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);

17 Bridges Camada 2 modelo OSI

18 Exercício Bridges 1) Montar o cache da bridge que será descrita em sala de aula.

19 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.

20 Switches Camada 2 modelo OSI

21 Exercício Bridges 1) Montar o cache do switch que será descrito em sala de aula.

22 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

23 Roteadores e o Modelo OSI

24 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.

25 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.

26 Exercícios 1) Nas duas topologias que serão apresentadas em sala de aula, circule os domínios de colisão (DC) e os domínios de broadcast (DB).

27 Repetidor Hub Ponte Roteador Switch

28 São dispositivos de baixo nível que amplificam ou regeneram sinais. Repetidores são usados para aumentar o tamanho da rede.

29 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.

30 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.

31 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.

32 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.

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