Redes Básico – Parte XX

 

5.2.1 -  Segmentando o Tráfego

 

Dizemos que a ponte segmenta o tráfego, porque ela impede que o tráfego gerado entre computadores do mesmo segmento, passem para o outro segmento. A ponte possui um grau de inteligência e baseado na sua tabela de roteamento, é capaz de filtrar o tráfego que passa por ela. Uma grande rede pode ser segmentada em redes menores usando várias pontes. Essa segmentação aumenta a performance da rede já que teremos menos computadores competindo pelo acesso ao cabo no mesmo segmento.

 

Figura 5.8 – A Tabela de roteamento permite as pontes segmentar as redes

 

5.2.2 – Pontes Remotas

 

Uma ponte como já vimos, serve para conectar dois segmentos de rede. Mas esses segmentos não precisam ser necessariamente locais. Podemos usar a ponte para conectar segmentos remotos localizados em prédios distantes um do outro, por exemplo. Isso é feito através de linhas dedicadas com o uso de modems síncronos.

 

Figura 5.9 – Pontes podem ser usadas para conectar segmentos remotos.

 

5.2.3 – Considerações

 

As funções de uma ponte podem tanto ser realizados por um equipamento externo dedicado ou por um software instalado em um sistema operacional de rede. Usar um ou outro vai depender exclusivamente do tamanho e da complexidade da sua rede. Além disso elas possuem portas para redes de tecnologia diferente, par trançado e cabo coaxial por exemplo.As grandes vantagens de se usar uma ponte em uma rede são:

 

» Segmentação do tráfego e conseqüente aumento da performance da rede.

» Fácil de instalar e transparente para os usuários.

» Relativamente barata.

» Flexível e adaptável.

 

A grande desvantagem da ponte porém é a sua escalabilidade. O fato de possuir poucas portas leva a aquisição de mais pontes para segmentar uma grande rede e com isso a investir mais. Uma outra consideração é que o fato de processar o quadro para verificar os endereços MAC, e esse processo é conhecido como store and forward (armazenar e encaminhar), introduz uma latência a rede, latência essa que não existe com uma rede de segmento único. Mas mesmo com esse pequeno porém, o que pesa mais na balança é a redução da competição das máquinas em um mesmo segmento.

 

5.3 – Domínios de Colisão

 

O conceito de domínios de colisão é muito importante para entendermos a utilidade de um switch.

 

Conforme vimos anteriormente a transmissão de uma rede ethernet sempre ocorre em broadcast. O sinal é difundido através da rede e essa difusão colabora para a ocorrência de colisões entre as máquinas, já que duas ou mais podem tentar transmitir ao mesmo tempo e somente uma poderá estar utilizando o meio em um dado momento, o que caracteriza uma competição entre as máquinas. Poderíamos definir como um domínio de colisão, uma rede ethernet na sua forma mais simples, ou seja, com o uso de hubs, já que fica caracterizado uma competição entre máquinas, pois conforme já vimos o hub não tem meios de filtragem ou controle do tráfego. Então não importa se sua rede tem 1 ou 10 hubs, ela será um único domínio de colisão. Os problemas inerentes as colisões aumentam exponencialmente à medida que a rede cresce e com isso a performance é seriamente afetada. Logo, eliminar a ocorrência de colisões ou reduzir o tamanho dos domínios de colisão seria muito benéfico para a saúde de uma rede. O switch faz as duas coisas.

 

5.4 – Switch

 

Um switch nada mais é que uma ponte bem mais esperta, falando a grosso modo. Ele funciona de maneira semelhante a ponte também opera na camada 2 do modelo OSI, porém possui um número maior de portas e lógica mais otimizada, no que diz respeito a filtragem e comutação de quadros, sendo essa comutação feita de forma simultânea. O maior vantagem do switch perante a ponte é que a competição entre as máquinas conectadas as suas portas é eliminada definitivamente. O switch faz uma comutação virtual entre as máquinas origem e destino, isolando as demais portas desse processo. Essa característica permite que a comunicação ocorra em modo full-duplex diferentemente do que acontecia com hubs e pontes.

 

O switch além de eliminar a colisão entre as suas portas, aumenta o número de domínios de colisão que é equivalente ao número de portas que ele possui. Mas reduz o tamanho de cada um desses domínios. É preferível ter 5 domínios de colisão de 20 máquinas cada um do que ter um único domínio de colisão com 100 máquinas.

 

Por tudo isso é até desnecessário dizer que uma rede que utiliza switches é muito mais rápida que uma outra rede que usa pontes e/ou hubs.

 

Nos dias de hoje quando se fala em segmentação de tráfego camada 2 e redes de alta performance, só se fala em switch.

 

Figura 5.10 – Um switch de 24 portas

 

5.4.1 – Como funciona o switch?

 

O funcionamento do switch é semelhante ao da ponte conforme mencionamos anteriormente. Ele possui uma tabela de encaminhamento chamada tabela CAM. Nessa tabela está especificado a associação das máquinas as portas do switch. Quando o switch precisa encaminhar um quadro e não há em sua tabela qualquer informação referente em qual porta está a máquina destino, ele encaminha o quadro para todas as portas, exceto para a porta que originou o frame. Depois que a máquina responde e ele conseqüentemente aprende em qual porta ela está conectada, ele passa a se comunicar diretamente com ela através daquela porta.

 

Uma outra situação em que o quadro é encaminhado a todas as portas do switch é quando o frame é um broadcast isso é: MAC destino = FFFF. Logo, o switch não tem meios de filtrar esses frames.

 

Vejamos um exemplo passo a passo de como isso funciona.

 

Temos um switch de 8 portas em que estão conectadas as máquinas segundo ilustrado na tabela abaixo

 

 

» O switch é inicializado. A tabela CAM está vazia.

 

» João manda um frame para Mel. No frame constam as informações.

 

 

» O switch envia o frame para todas as portas (broadcast), já que acabou de ser inicializado e coloca em sua tabela.

 

 

» Como já aprendemos, todas máquinas que não possuem o endereço destino descartam o pacote. Assim, Mel responde:

 

 

» O switch encaminha o quadro para a porta 1 (conforme consta em sua tabela) e adiciona as informações de Mel em sua tabela.

 

 

Quando João e Mel precisarem se comunicar novamente o switch não mais enviará o frame para todas as portas, e sim e tão somente entre as portas de que João e Mel fazem parte. Agora ele já sabe que João está na porta 1 e Mel na porta 6.  Em suma, o switch usa o MAC Origem para aprender os endereços e o MAC destino para comutação dos frames.

 

5.4.2 – Métodos de Switching

 

Conforme dissemos anteriormente o switch possui uma lógica mais otimizada em relação a ponte, e os métodos de switching fazem parte dessa lógica, eles contribuem para que o switch tenha uma alta taxa de encaminhamento de quadros.

 

5.4.2.1 – Store and Forward

 

Nesse método o switch processa todo o quadro (Store) antes de encaminhá-lo (forward). O campo FCS também é checado. O FCS serve para verificar a integridade do quadro. Logo, quadros que não são íntegros são descartados. Esse método é o mais lento de todos e era utilizado também pelas pontes.

 

5.4.2.2 – Cut-Through

 

Nesse método o campo endereço de destino é verificado e os primeiros bits são encaminhados para a porta sem que o quadro inteiro tenha sido recebido. O FCS não é verificado e logo não há como descartar quadros defeituosos. Ele é mais rápido que o store and forward.

 

5.4.2.3 – Fragment Free

 

Análogo ao anterior. Aguarda o recebimento dos primeiros 64 bytes antes de encaminhar o quadro. De acordo com as especificações, se houver uma colisão ela será detectada nos primeiros 64 bytes do quadro. Logo, quadros com erro por colisão não serão encaminhados. O FCS não é checado.