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switches LAN (rede de comunicação local)

O funcionamento básico de uma rede depende de:

• nós (computadores)

• um meio de conexão (com ou sem fios)

• equipamento de rede especializado, como roteadores ou hubs.

http://informatica.hsw.uol.com.br/roteadores.htm


Todas estas peças trabalham conjuntamente para permitir que o seu computador envie

informações para outros computadores que podem estar do outro lado do mundo!

Os switches, também conhecidos como comutadores, são peças fundamentais de muitas

redes porque agilizam as coisas.


Os switches permitem que diferentes nós (um ponto de conexão da rede, geralmente um computador) de uma rede se comuniquem diretamente uns com os outros de maneira

simples e eficaz.


Existem tipos diferentes de switches e redes.

Os switches que fornecem uma conexão independente para cada nó em uma rede interna de uma empresa são chamados

switches LAN.

Um switch LAN cria uma série de redes instantâneas que contêm apenas 2 dispositivos

se comunicando em um determinado momento.


Componentes básicos de uma rede.


Rede - grupo de computadores conectados que trocam informações entre si.

Nó - qualquer coisa que está conectada à rede. Geralmente, um nó é um computador, mas também pode ser uma impressora ou uma torre de CD-ROM.

Segmento - qualquer porção da rede separada por um switch, ponte ou roteador.

http://www.hsw.com.br/pc.htm

http://www.hsw.com.br/impressoras-a-jato-de-tinta.htm

http://www.hsw.com.br/cd.htm




Backbone –

Cabeamento principal de uma rede, sendo que todos os segmentos se conectam a ele.

É capaz de carregar mais informações do que os segmentos individuais.

Cada segmento pode ter uma taxa de transferência de 10 Mbps (megabits por segundo), enquanto o backbone opera a 100 Mbps.

http://www.hsw.com.br/bits-bytes.htm


Topologia -

Maneira como cada nó se conecta fisicamente à rede .

Rede local (LAN) -

Rede de computadores que geralmente estão em um mesmo local, que pode ser um prédio ou um campus de universidade.


Endereço MAC (Media Access Control) -

Endereço físico de qualquer dispositivo como uma placa de rede em um computador na rede.

É formado por 2 partes iguais, tem 6 bytes de comprimento.

Os primeiros 3 bytes identificam a empresa que fabricou a placa de rede.

Os 3 bytes seguintes representam o número de série da placa de rede.

http://www.hsw.com.br/bits-bytes.htm


Unicast - Transmissão de um nó endereçado, especificamente, para outro nó. Multicast – Um nó envia um pacote endereçado a um grupo especial de endereços. Os dispositivos interessados neste grupo podem se registrar para receber os pacotes endereçados ao grupo. EX. Um roteador Cisco que envia uma atualização para todos os outros roteadores Cisco. Broadcast - Em uma transmissão broadcast, um nó envia um pacote endereçado a todos os outros nós da rede.

http://www.hsw.com.br/framed.htm?parent=lan-switch.htm&url=http://www.cisco.com


Topologias de rede - Barramento -

Cada nó é ligado em "série" (um nó é conectado atrás do outro) em um mesmo backbone, de forma semelhante às luzinhas de natal.

As informações enviadas por um nó trafegam pelo backbone até chegar ao nó de destino. Cada extremidade de uma rede de barramento deve ser terminada por um resistor para evitar que o sinal enviado por um nó através da rede volte quando chegar ao fim do cabo.

http://www.hsw.com.br/luzes-de-natal.htm


Topologias de rede - Barramento -

Topologia da rede de barramento


Topologias de rede - Anel -

Como uma rede de barramento, os anéis também têm nós ligados em série.

A diferença é que a extremidade da rede volta para o primeiro nó e cria um circuito completo. Em uma rede em anel, cada nó tem sua vez para enviar e receber informações através de um token (ficha).


Topologias de rede - Anel - Token

Junto com quaisquer informações, é enviado do primeiro para o segundo nó, que extrai as informações endereçadas a ele e adiciona quaisquer informações que deseja enviar.

Depois, o segundo nó passa o token e as informações para o terceiro nó e assim por diante, até chegar novamente ao primeiro nó.

Somente o nó com o token pode enviar informações.

Todos os outros nós devem esperar o token chegar.


Topologias de rede - Anel -


Topologias de rede - Estrela -

Cada nó se conecta a um dispositivo central chamado hub.

O hub obtém um sinal que vem de qualquer nó e o passa adiante para todos os outros nós da rede.

Um hub não faz nenhum tipo de roteamento ou filtragem de dados.

Ele simplesmente une os diferentes nós.


Topologias de rede - Estrela -


Topologias de rede -Barramento em estrela –

Provavelmente é a topologia de rede mais utilizada.

Combina elementos da topologia em barramento e da topologia em estrela para criar um ambiente de rede versátil.

Os nós em determinadas áreas se conectam aos hubs (criando estrelas) e os hubs se conectam uns aos outros ao longo do backbone da rede (como uma rede de barramento).

É comum observar redes em estrela dentro de outras redes em estrela


Topologias de rede -Barramento em estrela –

•:


O problema: tráfego

No tipo mais básico de rede encontrada hoje, os nós são conectados simplesmente através de

hubs.

À medida que a rede cresce, surgem alguns problemas com esta configuração.


O problema: tráfego – Escalabilidade -

Em uma rede em hub, a largura de banda compartilhada limitada dificulta seu crescimento significativo sem sacrificar o desempenho.

Os aplicativos modernos também precisam de mais banda do que nunca.

Neste caso, a rede inteira precisa ser redesenhada, periodicamente, para acomodar o crescimento.


O problema: tráfego – Latência –

É a quantidade de tempo que um pacote leva para chegar ao destino.

Já que cada nó de uma rede baseada em hub precisa esperar uma oportunidade para transmitir e evitar colisões, a latência aumenta significativamente quando você adiciona mais nós.

http://www.hsw.com.br/questao525.htm


O problema: tráfego – Latência –

Se alguém estiver enviando um arquivo grande pela rede, todos os outros nós terão de esperar uma oportunidade para enviar seus próprios pacotes.

Você já deve ter vivenciado isso no trabalho.

Você tenta acessar um servidor ou a Internet e, de repente, tudo fica muito lento.


O problema: tráfego – Falha de rede -

Um dispositivo conectado a um hub pode causar problemas em outros dispositivos conectados a este mesmo hub devido a configurações incorretas de velocidade.

Ex. 100 Mbps em um hub de 10 Mbps, ou excesso de transmissões broadcast.

Os switches podem ser configurados para limitar os níveis de broadcast.


O problema: tráfego – Colisões -

A Ethernet utiliza um processo chamado CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection - Múltiplo Acesso com Verificação de Presença de Portadora e Detecção de Colisão) para se comunicar através da rede. Sob o CSMA/CD, um nó só envia um pacote de dados quando não existe tráfego na rede.



Se 2 nós enviarem pacotes ao mesmo tempo, uma colisão ocorre e os pacotes são perdidos.

Quando isto acontece, os 2 nós esperam por um tempo aleatório e depois retransmitem os pacotes.



Um domínio de colisão é uma parte da rede onde os pacotes de 2 ou mais nós podem colidir.

Uma rede com mais nós em um mesmo segmento sempre vai ter uma grande quantidade de colisões e, portanto, um domínio de colisão maior.



Os hubs são uma maneira fácil de encurtar as distâncias percorridas pelos pacotes de um nó para o outro.

Mas, não quebram a rede em segmentos menores.

Esta é a função dos switches.


adicionando switches –

Pense em um hub como um cruzamento em que todos têm de parar.

Se mais de um carro chegar ao cruzamento ao mesmo tempo, ele vai ter de esperar a sua vez para poder seguir adiante.



Imagine que cada veículo é um pacote de dados que espera uma oportunidade para continuar sua viagem



Imagine agora como deveria ser uma dezena ou até centenas de estradas cruzando em um único ponto.

O tempo de espera e as possibilidades de colisão aumentariam significativamente.

E se você pudesse escolher uma rampa de saída de cada uma dessas estradas para o caminho que você deseja seguir?



É exatamente isso que um switch faz para o tráfego da rede.

Um switch funciona como um trevo.

Cada carro pode pegar uma rampa de saída para chegar ao seu destino sem ter de esperar pelo trânsito.



A principal diferença entre um hub e um switch é que todos os nós conectados a um hub dividem a banda, enquanto um dispositivo conectado a um switch tem toda a disponibilidade da banda para si.

Ex. se 10 nós estão se comunicando através de um hub numa rede de 10 Mbps, cada nó pode usar somente uma porção desse 10 Mbps se os outros nós estiverem se comunicando também



Mas se fosse utilizado um switch, cada nó poderia se comunicar utilizando a velocidade máxima de 10 Mbps.

Compare com a analogia da estrada.

Se todo o tráfego vai para o mesmo cruzamento, então cada carro vai ter de dividir aquele mesmo cruzamento com todos os outros carros.

Mas um trevo permite que todo o tráfego escoe facilmente de uma estrada para a outra.


Redes totalmente comutadas -

Em uma rede totalmente comutada, os switches substituem todos os hubs numa rede ethernet por um segmento dedicado para cada nó.

Estes segmentos se conectam a um switch que suporta múltiplos segmentos dedicados (às vezes, centenas destes segmentos).



Como os únicos dispositivos em cada segmento são o switch e o nó, o switch intercepta todas as transmissões antes que elas cheguem ao próximo nó.

O switch então encaminha o frame para o segmento apropriado.



Como cada segmento contém um único nó, o frame só chega ao destinatário desejado.

Este procedimento permite múltiplas conversações numa rede comutada.

Um exemplo de rede que utiliza um switch



Ao utilizar switches, uma rede ethernet se torna full-duplex.

Antes do switch, a ethernet era half-duplex.

Isso significa que os dados só podiam ser transmitidos em uma direção de cada vez.



Numa rede totalmente comutada, os nós só se comunicam com o switch e não diretamente com outros nós.

As informações podem viajar de um nó para um switch e de um switch para um nó simultaneamente.


Redes totalmente comutadas - As redes comutadas utilizam cabeamento de par trançado ou de fibra ótica. Ambos utilizam condutores independentes para enviar e receber dados. Neste tipo de ambiente, os nós ethernet podem esquecer o processo de detecção de colisão e transmitir à vontade, já que são os únicos dispositivos que podem acessar o meio.



O fluxo de tráfego tem uma pista para cada direção.

Isto permite que os nós transmitam para o switch enquanto o switch transmite para eles.

É um ambiente livre de colisões.



A transmissão em ambas as direções pode dobrar a velocidade aparente da rede quando 2 nós estão trocando informações.

Se a velocidade da rede for de 10 Mbps, então cada nó pode transmitir, simultaneamente, a 10 Mbps.


Redes mistas -

A maioria das redes não é 100% comutada devido aos custos de substituição dos hubs pelos switches.


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Uma rede mista com 2 switches e 3 hubs


Redes mistas -

Geralmente, uma combinação de switches e hubs é utilizada para criar uma rede eficiente e barata.

Por exemplo, uma empresa pode ter hubs conectando os computadores em cada departamento e um switch conectando os hubs de cada departamento.

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Roteadores e switches -

Um switch pode mudar radicalmente a maneira como os nós se comunicam uns com os outros.

Mas qual a diferença do switch para o roteador?

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http://www.hsw.com.br/roteadores.htm



Os switches utilizam a Camada 2 (camada de enlace de dados) do modelo de referência OSI, utilizando endereços MAC. Os roteadores trabalham na Camada 3 (Rede) com endereços da camada 3 - IP, IPX ou Appletalk, dependendo do protocolo da camada 3 utilizado.

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http://www.hsw.com.br/interconexao-de-sistemas-abertos-osi1.htm



http://www.hsw.com.br/interconexao-de-sistemas-abertos-osi.htm










http://www.hsw.com.br/framed.htm?parent=lan-switch.htm&url=http://www.protocols.com/pbook/iso.htm









O algoritmo que os switches usam para decidir como encaminhar os pacotes é diferente dos algoritmos utilizados pelos roteadores.

Uma das diferenças destes algoritmos é a maneira como os endereços broadcast são tratados.

Um pacote broadcast é vital para a operacionalidade de qualquer rede.

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http://www.hsw.com.br/questao717.htm



Quando um dispositivo precisa enviar informações, mas não sabe para quem deve enviá-las, ele envia um broadcast.

EX. Toda vez que um novo computador ou outro dispositivo chega à rede, ele envia um pacote broadcast para anunciar sua presença.

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Os outros nós (como o servidor de nomes de domínio) podem adicionar o computador à sua lista de endereços e se comunicar diretamente com esse computador a partir deste momento.

Os broadcasts são utilizados sempre que um dispositivo precisa fazer um comunicado para o resto da rede ou quando não tem certeza do destinatário das informações.

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http://www.hsw.com.br/dns.htm











O modelo de referência OSI consiste em 7 camadas que vão do cabo (camada física) até o software (camada da aplicação)

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Um hub ou switch, ao contrário de um roteador, deixa passar qualquer pacote broadcast que recebe para todos os outros segmentos do domínio broadcast.

No exemplo do cruzamento, todo o tráfego passa pelo cruzamento, não importa o destino.

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Roteadores e switches - Imagine que este cruzamento está situado em uma fronteira. Para passar pelo cruzamento, você deve informar ao fiscal o endereço específico para onde está indo. Se você não souber o endereço específico, o fiscal não vai deixar você passar. Um roteador funciona desta maneira.

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Sem um endereço específico de outro dispositivo, ele não permite que o pacote de dados passe.

Isso é bom para separar redes, mas não tão prático quando você quer que partes diferentes da mesma rede conversem.

É aí que entram os switches.

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