LANs:
Modems de
Fibra,
Repetidores,
Bridges e
Introdução
• Cada tecnologia de LAN é projetada para uma
combinação específica de velocidade, distância e
custo.
• A tecnologia de LAN funciona melhor para
conectar computadores dentro de um único
edifício
• Discutiremos mecanismos que podem estender
uma LAN por distâncias mais longas
Limitação de Distância e
Projeto de LANs
• A limitação de distância é uma parte fundamental
dos projetos de LANs
• Uma tecnologia de LAN é projetada para
funcionar com um valor fixo para comprimento
máximo de cabo
• O hardware é projetado para emitir uma
quantidade fixa de energia, mas um sinal elétrico
perde energia ao longo do fio, logo não se pode
atingir uma distância muito longa
“ Uma especificação de
comprimento máximo é uma
parte fundamental da
tecnologia de LANs. O
hardware é projetado para um
cabo de comprimento máximo
fixo e não trabalhará
corretamente através dos fios
que excedem esse limite.”
Extensões de Fibra
Óptica
• Normalmente os mecanismos não
aumentam a força dos sinais elétricos
• O mecanismo de extensão mais simples usa
fibras ópticas e um par de modems de fibra
• Fibras têm baixo atraso e banda alta
• Permitem que um computador conecte-se a
um transceiver acoplado a uma rede remota
• Fibras ópticas e modems de fibra usados para
fornecer uma conexão entre um computador e
uma Ethernet distante.O computador e
transceiver usam sinais de AUI convencionais
“ Um par de modems de
fibra e fibras ópticas pode
ser usado para fornecer
uma conexão entre um
computador e uma LAN
remota. O mecanismo é
inserido entre a interface
de rede em um
computador e um
Repetidores
• Há limitação de distância em LANs porque há
perda de sinal elétrico ao longo do fio
• Para superar isto, dois cabos podem ser juntados
através de um dispositivo conhecido como
repetidor
• O repetidor monitora os sinais elétricos em cada
cabo. Quando ele percebe um sinal em um cabo,
ele transmite uma cópia ampliada no outro cabo
de hardware usado para
estender uma LAN. O
repetidor, que conecta dois
segmentos de cabo, amplifica
e envia todos os sinais
elétricos que acontecem em
um segmento para outro
segmento. Qualquer par de
computadores na LAN
estendida pode se comunicar;
Limitações
• Um repetidor pode no máximo dobrar um
segmento Ethernet, de 500 para 1000m.
• Quando usando repetidores, os
computadores de origem e destino não
podem determinar se estão conectados ao
mesmo segmento ou em segmentos
diferentes
• Os repetidores não entendem o formato de
quadro, nem possuem endereços físicos
• Não se pode usar muitos repetidores para
conectar muitos segmentos de Ethernet
• Cada repetidor e cada segmento aumentam
o atraso
• O esquema de CSMA/CD de Ethernet é
projetado para um atraso baixo. Se o atraso
se torna alto, o esquema falha
• A rede não funcionará corretamente se mais
de quatro repetidores separarem qualquer
par de estações
• O limite de quatro repetidores em uma
Ethernet surgiu de um plano cuidadoso
• Os inventores pressentiram o uso de
Ethernet em um edifício comercial
• Podem ser colocados dois segmentos de
Ethernet em cada piso, e um segmento
vertical pode conectar pisos
• Nenhuma estação estará separada por mais
de quatro repetidores
• Repetidores usados para conectar segmentos de
Ethernet em três pisos de um edifício comercial.
Cada piso tem um segmento, e um segmento é
colocado verticalmente no edifício
FOIRL
• A conexão pode ser estendida através de uma longa
distância usando-se modems de fibra
• Conhecida como Intra-Repetidor de Link de Fibra
Óptica (Fiber Optic Intra-Repeater Link, FOIRL), a
tecnologia consiste em dois dispositivos conectados
por fibras óticas
• Cada dispositivo é acoplado a um segmento como
um repetidor, e os dois usam a fibra para se
comunicar
• Como as fibras têm baixo atraso, um FOIRL pode
conectar segmentos em dois edifícios separados
Desvantagem
• Repetidores não entendem quadros
completos.
• O repetidor não distingue entre sinais que
correspondem a um quadro válido e outros
sinais elétricos
• Os repetidores apenas transmitem uma
cópia do sinal elétrico, seja ele válido ou
não
“Além de propagar cópias de
transmissões válidas de um
segmento para outro, um
repetidor propaga uma cópia de
outros sinais elétricos.
Conseqüentemente, se uma
colisão ou interferência elétrica
acontece em um segmento, os
repetidores fazem com que o
mesmo problema aconteça em
Bridges
• Como um repetidor, uma bridge é um
dispositivo que conecta dois segmentos de
LAN
• Uma bridge manipula quadros completos e
usa a mesma interface que um computador
convencional
• Quando a bridge recebe um quadro de um
segmento, ela verifica se o quadro chegou
intacto
• Dois segmentos de LAN
conectados por uma bridge se
comportam como uma LAN única
• Como cada segmento suporta
conexões de rede padrão e usa o
formato de quadro padrão, os
computadores não sabem se eles
estão conectados a uma LAN ou
uma LAN com bridge
• Seis computadores conectados a um par de segmentos de
LAN unidos por uma bridge. A bridge, que usa o mesmo
tipo de conexões que um computador, sempre envia e
recebe quadros completos.
Vantagens
• As bridges se tornaram mais populares que
os repetidores porque ajudam a isolar
problemas
• Se a bridge recebe um quadro
incorretamente formatado, ela simplesmente
descarta, do mesmo modo que um
computador convencional descartaria um
quadro com erro
hardware usado para estender
uma LAN. Uma bridge que
conecta dois segmentos de cabo,
encaminha adiante quadros
completos e corretos de um
segmento para outro; uma bridge
não encaminha interferência ou
outros problemas. Qualquer par
de computadores em uma LAN
estendida pode se comunicar; os
computadores não sabem se
Filtragem de Quadros
• A função mais valiosa que uma bridge exerce é a
filtragem de quadros
• Se um computador acoplado envia um quadro a
um computador no mesmo segmento a bridge não
precisa enviar uma cópia do quadro para o outro
segmento.
• Se a LAN suporta broadcast ou multicast ,a bridge
deve encaminhar uma cópia de cada quadro
broadcast ou multicast para fazer a LAN estendida
operar como uma grande LAN única
• A bridge sabe a localização de cada
computador acoplado às LAN que ela
conecta
• Quando um quadro chega, ela extrai e
verifica o endereço de destino
• Se o computador de destino está acoplado
ao segmento através do qual o quadro
chegou, então o destino e a bridge
receberam a mesma transmissão e esta
descarta o quadro sem encaminhar uma
cópia
• As bridges podem aprender as localizações de
computadores automaticamente
• A bridge escuta em modo promíscuo os segmentos
ligados por ela e forma uma lista de computadores
acoplados a cada segmento
• A bridge extrai o endereço físico de origem do
cabeçalho e acrescenta o endereço à sua lista de
computadores acoplados ao segmento
• Então ela extrai o endereço físico de destino do
quadro e usa o endereço para determinar se o
quadro deve ser encaminhado
• Todas as bridges acopladas a um segmento
aprendem que um computador está presente assim
que o computador transmite um quadro
• Uma seqüência de eventos para o exemplo de rede
mostrado na figura anterior e as localizações dos
computadores que a bridge aprendeu
“Uma bridge adaptável
examina endereços físicos no
cabeçalho de cada quadro
que ele recebe. A bridge usa o
endereço de origem para
determinar automaticamente a
localização do computador
que enviou um quadro e usa o
endereço de destino para
determinar se encaminha ou
não um quadro”
Comportamento Inicial e Estado
Estável de Redes com Bridges
• As bridges que conectam os segmentos
aprendem a localização dos computadores e
usam as informações para filtragem de
quadros
• Como resultado, o comportamento de uma
rede unida por bridges ligadas por um longo
tempo restringe quadros para os mínimos
segmentos necessários
“Princípio de
propagação para redes
com bridges: no estado
estável (steady state),
uma bridge encaminha
adiante cada quadro
somente até onde
necessário”
Planejamento de uma Rede
com Bridges
• O hardware de bridge é projetado para
permitir a comunicação em segmentos
separados ao mesmo tempo
• Paralelismo: após as bridges aprenderem as
localizações de todos os computadores, a
comunicação pode prosseguir em cada
segmento ao mesmo tempo
• Sugere-se aos projetistas de rede que organizem
uma LAN com bridges para otimizar o seu
desempenho
• Quando se planeja uma rede, eles avaliam os
padrões previstos de interação entre os
computadores e usam essas informações para
agrupar os computadores em segmentos.
• Uma vez que os computadores que se comunicam
estão em geral fisicamente próximos, pode ser
possível a melhoria no desempenho de uma LAN
existente dividindo-se a mesmo em dois
segmentos e inserindo-se uma bridge entre eles
princípio de propagação e permite
atividades simultâneas em seus
segmentos acoplados, os
computadores em um segmento
podem comunicar-se ao mesmo
tempo em que os computadores
em um outro segmento Como
conseqüência, o desempenho de
uma rede com bridge pode ser
maximizado ligando-se um
conjunto de computadores que
interagem freqüentemente em um
Ligação com Bridge entre
Edifícios
• Como repetidores, bridges também podem
alcançar longas distâncias
• Pode ser necessário ligar dois edifícios para haver
comunicação entre os computadores de ambos
• Uma única LAN ñ bastará para alcançar dois
edifícios ou um edifício grande. Pares de modems
de fibra para ligar todos os computadores de uma
única LAN pode resultar em custo alto ou
desempenho insatisfatório
• A forma mais simples de se estender
uma LAN com bridge por uma longa
distância é empregar modems de fibra
• Uma fibra óptica e um par de modems
de fibra são usados para entender uma
das conexões entre uma bridge e um
segmento de LAN, permitindo que o
segmento possa ser localizado
remotamente em relação à bridge
• Uma bridge conectando segmentos de LAN em
dois edifícios. Uma fibra óptica é usada para
conectar a bridge a um segmento remoto
Uma bridge em tais situações
tem três vantagens primárias:
• A solução com bridge é mais barata que uma
conexão de fibra separada para cada computador
individual
• Os computadores individuais podem ser
acrescentados ou removidos dos segmentos sem
ser necessário instalar ou mudar o cabeamento dos
edifícios.
• Uma bridge ao invés de um repetidor garante que
não haverá impacto na comunicação interna
Uso de Bridges Através de
Distâncias Mais Longas
• Existem dois métodos mais populares
• Cada um deles envolve uma conexão ponto a ponto
de longa distância e hardware especial de bridge
• O primeiro método usa uma linha serial alugada
para conectar sites, e o segundo usa um canal de
satélites alugado
• O uso de uma linha serial é mais comum porque é
mais barata
• Porém através de satélite pode-se atingir uma
distância arbitrária
• Uma bridge usando um canal de satélite para conectar
segmentos de LAN entre dois locais. Uma bridge via
satélite pode alcançar distâncias arbitrárias
Observações
• O hardware usado com uma bridge de longa
distância difere ligeiramente daquele usando em
uma conexão local.
• Além de um segmento de LAN e a estação
terrestre para comunicação via satélite, cada local
tem um hardware de bridge
• LANs com bridge conectadas via circuitos
alugados freqüentemente usam conexões com
baixa largura de banda para reduzir os custos
• Um canal de satélite típico usado para ligação com
bridge opera com muito menos capacidade que um
segmento de LAN
Bufferização
• O hardware de bridge usado com conexões de longa
distância deve executar a bufferização pois os quadros
podem chegar de rede local mais rapidamente do que
podem ser enviados através do satélite.
• Bufferização significa armazenar uma cópia do quadro
em memória até que ele possa ser enviado
• A bridge mantém uma lista de quadros aguardando
transmissão
• Se o satélite está inativo, a bridge envia o quadro, se
está ocupado, ela permite a transmissão. Quando se
termina a transmissão, automaticamente se inicia o
envio do próximo quadro na lista
Um ciclo de Bridges
• Uma rede com bridges que consiste em oito segmentos
conectados por sete bridges. Os computadores podem
estar acoplados a quaisquer segmentos
• É necessária uma bridge para
conectar cada segmento com o
resto da rede ligada por bridges
• Embora cada bridge introduza um
pequeno atraso, a rede caminha
corretamente um quadro de um
computador em qualquer segmento
para outro computador em
qualquer outro segmento
Broadcast em Ciclo de
Bridges
• O broadcast funciona em ambientes com
bridges porque uma bridges sempre
encaminha uma cópia de um quadro para o
endereço de broadcast
• Nem todas as bridges deveriam ter
permissão para encaminhar quadros de
broadcast, ou um ciclo de bridges causará
um problema
• Um exemplo de bridges em um ciclo. Acontece algum
problema se todas as bridges encaminham quadros
multicast
Distributed Spanning Tree
(Árvore de Extensão Distribuída)
Para prevenir o problema de laços (loop)
infinitos uma rede unida por bridge não
pode permitir que as condições abaixo
aconteçam simultaneamente:
a) Todas as bridges encaminham todos os
quadros
b) A rede unida por bridges contém um ciclo
de segmentos ligados por bridges
• Para impedir que os laços aconteçam, algumas das
bridges em uma rede unida por bridges deve
concordar em não encaminhar quadros
• Quando uma bridge é inicializada, ele se comunica
com as outras bridges
• As bridges executam o algoritmo DST para decidir
quais bridges encaminham quadros
• Uma bridge não encaminha quadros se ela
descobre que cada segmento que ela liga já
contém uma bridge que concordou em encaminhar
quadros
Comutação(Switching
)
• Uma tecnologia de rede é chamada
comutada (switched) se o hardware inclui
um dispositivo que conecta um ou mais
computadores e permite que eles enviem e
recebam dados
• Uma LAN comutada consiste em um único
dispositivo eletrônico que transfere quadros
entre muitos computadores
• Fisicamente, um switch se
assemelha a um hub
• A diferença é que o hub simula
um meio compartilhado único,
e o switch simula uma LAN
unida através de bridges com
um computador por segmento
• Os circuitos eletrônicos fornecem a cada computador a
ilusão de um segmento de LAN separado conectado a
outros segmentos através de bridges
Combinando Switches e
Hubs
• Um switch custa mais por conexão que um hub
• Para reduzir custo, em vez de conectar um
computador para cada porta em um switch,
conecta-se um hub em cada porta e então conecta
cada computador a um dos hubs
• Cada hub aparente ser um segmento de LAN única
e o switch faz parecer que aquelas bridges
conectam todos os segmentos
Ligação por Bridges e Comutação com
Outras Tecnologias
• As técnicas gerais de modems de fibra, bridges e
switches podem ser usados com outras tecnologias
• Os hubs são especialmente importante porque
podem melhorar a funcionalidade
• Existem switches que usam tecnologia FDDI
• Um switch FDDI consiste em um dispositivo
eletrônico ao qual múltiplos computadores se
conectam
Perguntas
a) Qual a grande desvantagem dos
repetidores?
b) Pode-se usar uma quantidade arbitrária de
repetidores? Pq?
c) Qual a vantagem da LAN comutada em vez
de um hub?