Faculdade de Tecnologia SENAC Pelotas
Curso Superior de Tecnologia em Redes de Computadores
Unidade Curricular – Laboratório de Redes I
Prof. Eduardo Maroñas Monks
Hubs e Switches
Sumário
• Redes locais
– Sem uso de concentradores
– Hubs
• Características
– Bridges
– Switches
• Características
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Sem uso de concentradores
• 10BASE5 (cabo coaxial)
– Velocidade de transmissão de 10 Mbit/s
– Base – representa a transmissão em banda
base (somente um frequência)
– 5 - representa a capacidade do cabo em
transmitir o sinal por 500 metros, com
qualidade (percepção perfeita do sinal pelo
receptor)
• Primeira padronização de redes
Ethernet
• Sem o uso de concentradores
• Topologia de barramento
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Sem uso de concentradores
• CABO COAXIAL
FINO (10Base 2)
“Possui um custo maior que
o Par Trançado devido a uma
malha externa que serve para
proteger de indução
magnética, que permite uma
transmissão em velocidade e
alcance maior que o Par
Trançado, alcançando 185m
de comprimento e 30 nós por
segmentos”.
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Sem uso de concentradores
Cabo Coaxial
Fino Conectores
BNC
•As estações se conectam ao
cabo coaxial fino através do
conector BNC tipo T.
•Além disso, as estações nas
extremidades do cabo devem ter
terminadores.
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Sem uso de concentradores
– CABO COAXIAL FINO (10Base 2)
• Vantagens
– A instalação
final dos cabos
tem um custo
baixo
– Dispensa hubs
e repetidores
– Maior
imunidade a
ruído
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• Desvantagens
– O cabo fica
segmentado
– Baixa
confiabilidade
quanto a
desligamento
e defeitos de
conexão
– Limitado a
10Mbit/s
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HUBs (Histórico)
•Primeiros hubs para uso com cabos coaxiais
•StarLAN
•Primeira implementação de hub com uso de par
trançado
•1Mbit/s de largura de banda
•Foi padronizada como IEEE 802.3e em 1986
• 1BASE5 – 1 Mbit/s, banda básica e cascateamento
máximo de 5 hubs
•LattisNet
•Série de dispositivos e softwares de rede da
empresa SynOptics Communications durante os anos
80
•Foi a primeira implementação de hubs a 10 Mbit/s
usando cabos par trançados não blindados
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Equipamentos - HUB
•Parte central de conexão de uma LAN
•Trabalha na camada física do modelo OSI
•Função: encaminhar bits / converter bits em
sinais elétricos
•Topologia física em estrela
•Dispositivo “burro” / repetidor de sinal
•Trabalha com conceito de broadcast
•Todo tráfego da rede é encaminhado para
todas as portas do dispositivo
•Indicado para uso com poucos hosts
(hospedeiros)
•Define apenas um domínio de colisão
•Colisões de pacotes aumentam conforme
aumentam o número de hospedeiros
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Equipamentos - HUB
•Tipos de HUB:
•Ativos – regeneram o sinal (amplificam) e
retransmitem para os terminais
(hospedeiros)
•Passivos – apenas retransmitem o sinal para
os terminais (hospedeiros)
•Velocidades:
•10 Mbit/s – mais comum
•10/100Mbits – funciona de acordo com o
dispositivo conectado. Se a 10 Mbit/s, o hub
funcionará a 10Mbit/s
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Hubs
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Hubs
•Colisões
•São comuns e esperadas, protocolo CSMA/CD
•Não existe uma forma centralizada de controle de
acesso ao meio físico
•Somente um host pode transmitir por vez (half-duplex)
•Quando hosts detectam o meio físico “limpo”, começam
a transmitir
•Devido ao tempo de propagação e o atraso dos
dispositivos intermediários, podem haver mais de um
host detectando o meio físico “limpo”
•As transmissões “colidem” e são detectadas pelos
demais hosts conectados ao meio físico
•Neste momento, não há troca de dados
•Quanto maior o número de hosts na rede, maior a
probabilidade de haver colisões
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Equipamentos - HUB
Ligação em
Cascata:
•Straight-through cable: Cabo direto
•Crossover cable: Cabo cruzado
•Uplink: Porta de ligação entre hubs com cabo direto
•Outras portas: cascateamento com cabo cruzado
(crossover)
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HUBs - Cascateamento
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HUBs - Cascateamento
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HUBs - Cascateamento
•Regra: Máximo de 5 passagens em
hubs entre dois hosts
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Bridges
•Ethernet original
• Uso de meios compartilhados (cabo coaxial, hubs);
• Somente um nó de cada vez pode transmitir dados
• Aumento do número de nós = aumento de colisões
•Solução: separar grandes segmentos em partes menores, criando
mais domínios de colisão.
•Bridges: segmentador de domínios de colisão (segmentação de
redes).
• Trabalham na camada 2 do modelo OSI
• Utilizam o endereçamento MAC para
redirecionamento de pacotes
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Bridges
•Endereços MAC
• Endereços físicos das interfaces de rede padrão
Ethernet
• Usados para identificar os endereços dos hosts de
de origem e destino no cabeçalho
• Devem ser únicos em uma LAN
• São disponibilizados aos fabricantes pelo IEEE
• Utilizam 48 bits, apresentados em formato
hexadecimal, divididos em duas partes:
• Primeiros 24 bits – prefixo do fabricante
• Últimos 24 bits – número de série da interface
• Podem ser modificados por software, dependendo
do driver da interface de rede ou do sistema
operacional utilizado
00:18:FE -
Hewlett-Packard Company
Ferramenta: http://www.wireshark.org/tools/oui-lookup.html
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Bridges
Funcionamento
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Bridges
Segmentação de domínio de colisão
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Switches (Histórico)
• O primeiro switch ethernet foi lançado
no mercado pela empresa Kalpana
(que foi adquirida pela Cisco em 1994)
no ano de 1989, ao custo de U$ 10.500
com 7 portas.
– http://en.wikipedia.org/wiki/Kalpana_%28co
mpany%29
• Desde a sua introdução, os switches
ethernet revolucionaram a forma como
as redes locais são utilizadas.
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Switches (Histórico)
• Os switches ethernet são comutadores que
permitem o compartilhamento de sinal em
uma rede padrão Ethernet (IEEE 802.3 e suas
variações).
– Este compartilhamento se dá de forma
segmentada, ou seja, cada porta do switch
disponibiliza a largura de banda de forma
integral não havendo disputa entre hosts.
• Este fato tem o nome de "domínio de colisão"
que significa inexistência de colisões na
porta do switch.
– As colisões ocorrem em um meio
compartilhado usando um hub ou
barramento com cabos coaxiais. Também
existem colisões no compartilhamento de
canais em bases de rede sem fios.
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Switches
•Bridges multiportas
•Segmentam a rede em vários domínios
de colisão
-Característica de microsegmentos
•Capacidade de comunicação fullduplex
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Switches
-Latência: tempo de atraso do primeiro quadro sair da
origem e chegar até o destino.
- Latência por comprimento do meio
- Latência por processamentos intermediários
- ...
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Switches
Modos de switching
-Cut-through: despacha o pacote assim que o MAC é
descoberto; menor latência; não verifica erros;
-Armazenar e encaminhar (Store-and-Forward): recebe todo
o pacote -> verifica erros -> descobre o MAC -> encaminha
para a porta de destino (maior latência)
-Fragment-free: leitura dos primeiros 64bytes (cabeçalho
do quadro) para garantir informações de endereçamento e
repassa, mesmo o quadro.
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Switches
Modos de Switching:
-Cut-through: transmissão simétrica/síncrona nas
duas portas (origem e destino); mesma taxa de
bits.
*Funcionamento: recebe e transmite
-Armazenar e encaminhar (Store-and-Forward):
transmissão assimétrica/assíncrona nas duas
portas (origem e destino); taxas de bits diferentes
(100Mbps e 1000Mbps).
* Funcionamento: recebe, armazena e transmite
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Switches
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Switches
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Switches
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Switches
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Switches
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Categorias de Switches
• Os switches podem ser divididos em
duas categorias básicas:
– Gerenciáveis: possibilitam o
gerenciamento por meio de software de
forma remota e são mais caros que os nãogerenciáveis.
– Não-gerenciáveis: são mais baratos, mas
não possibilitam o gerenciamento tornando
a administração da rede bem mais
complexa.
• Existem switches de vários preços e
funcionalidades.
– Entretanto, todos tem, a mesma função
básica que é permitir o compartilhamento
entre os hosts em uma rede Ethernet.
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Categorias de Switches
• Switches Gerenciáveis
– permitem a utilização de ferramentas de
gerenciamento e configuração, tais como:
•
•
•
•
•
•
•
•
Utilização de VLANs
Segurança nas portas
QoS
Espelhamento de portas (mirroring)
STP (Spanning Tree Protocol)
ACLs
DHCP Snooping
Controle de tempestades de broadcast
(broadcast storm)
• Agregação de portas (Link
Aggregation/Etherchannel)
• Monitoramento e estatísticas de uso das portas
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Características
• Características comuns de qualquer tipo de switch são:
– Número de portas: normalmente 8, 16, 24 e 48 portas.
– Dimensões: largura de 19'' para colocar em rack
– Velocidade: os switches mais comuns funcionam em
10/100 Mbit/s.
• Entretanto, existem switches que funcionam em
10/100/1000 em todas as portas ou apenas em algumas
portas.
• Switches para uso em core possuem portas a 10 e a
40Gbit/s
• Por exemplo, 24 portas em 10/100 e duas em 1000.
Neste caso, as portas de 1000 seriam utilizadas para
cascateamento.
– Autonegociação: detecta automaticamente a velocidade e
o tipo de comunicação.
• Por exemplo, 10Mbit/s, Half-Duplex ou Full-Duplex,
100Mbit/s Half-Duplex ou Full-Duplex ou Gigabit
– Auto MDI/MDIX (MDI - Media Dependent Interface) detecta automaticamente se o cabo é direto ou crossover
facilitando a conexão para cascateamento entre switches
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Auto MDI/MDI-X
•
•
•
•
Por meio de detecção automática, a interface
descobre se o cabo remoto é reto ou cruzado
É o padrão atualmente em switches, roteadores,
access points e etc.
Se não houver o auto MDI/MDI-X, deverá ser feito o
ajuste manual com um cabo crossover ou reto
Nos primeiros hubs e switches, haviam portas
especiais chamadas de uplink para fazer o
cascateamento devido a não existir o recurso do Auto
MDI/MDI-X
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•
•
•
•
•
Autonegociação (NWay)
Negocia parâmetros tais como velocidade,
tipo de transmissão e controle de fluxo
Reside na camada física
Utiliza o protocolo NLP (Normal Link Pulses)
para a negociação de parâmetros
Prioridade das configurações negociadas:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
1000BASE-T full duplex
1000BASE-T half duplex
100BASE-T2 full duplex
100BASE-TX full duplex
100BASE-T2 half duplex
100BASE-T4
100BASE-TX half duplex
10BASE-T full duplex
10BASE-T half duplex
Podem ocorrer problemas de ajustes
entre Half-duplex e Full-Duplex (Duplex
Mismatch)
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Características
• Empilhável (Stackable) - permite que sejam
"empilhados" switches tornado a ligação transparente
resultando em um desempenho melhor.
– Ao cascatear dois switches usando portas normais,
a largura de banda na ligação entre eles será o da
porta.
– No caso de empilhamento, a ligação se dá por um
cabo especial, normalmente proprietário. Isto faz
com que os switches se comportem como se
fossem um único dispositivo.
– Desta forma, o efeito é como se conectasse o
backplane dos switches diretamente. A velocidade
de comutação é muitas vezes maior do que a
ligação por portas normais.
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Características
• PoE (Power over Ethernet) - esta funcionalidade
permite que dispositivos sejam alimentados por
corrente elétrica por meio das portas dos switches e
dos cabos par trançado.
– O objetivo é alimentar telefone IP ou base de
acesso a redes sem fios que estejam em lugares de
difícil acesso, tais como no alto de torres.
• Permite transmissão de energia elétrica
juntamente com os dados para um dispositivo
remoto, através do cabo de par trançado
padrão
– Usado com injetores ou switches com portas PoE
– Distância limitada, dependendo da voltagem do
equipamento
• Dois modos de pinagem
– Pares não utilizados (modo B)
– Pares utilizados (modo A)
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Características
• Slots miniGBIC (Gigabit Interface Converter) -
são portas de expansão, utilizadas principalmente
para a colocação de módulos para conexão de fibra
ótica.
– Como o nome diz, são usadas conexões gigabit
nestas portas.
• Capacidade de endereços MAC - define o número
de dispositivos que podem ser diferenciados em um
switch.
– Todo o quadro que chega a uma porta de um switch
será confrontado com a tabela MAC. Se houver a
ocorrência, o quadro é enviado a porta
correspondente. Se não houver correspondência, é
feita uma transmissão em broadcast.
– Portanto, se a tabela foi preenchida o
broadcast vai rolar solto!
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Hierarquia em camadas (3-tier)
• Core (Núcleo) - esta camada é considerada o backbone (espinha
dorsal) da rede e possui os switches de maior desempenho.
–
Nesta camada não é feito o roteamento ou qualquer tipo de filtragem nos
pacotes. A função principal é repassar os pacotes de forma confiável e o
mais rapidamente possível.
• Distribution (Distribuição) - nesta camada estão os roteadores e
os switches/roteadores chamados de switches layer 3 (camada de
rede do modelo de referência OSI).
–
Estes dispositivos devem garantir que os pacotes sejam roteados entre as
subredes e as VLANs (Virtual Local Area Network) existentes na rede. Esta
camada também é chamada de workgroup (grupo de trabalho).
Esta diferenciação de funções em
• Access (Acesso) - nestacada
camada
estão afeta
os hubs
e switches que
camada
diretamente
a
fornecem o acesso dos hosts
dos usuários
a rede.
Também
édos
chamada
escolha
do
switch.
Este
é
um
de camada desktop porque o objetivo é conectar os hosts dos
motivos porque existem switches
usuários a rede.
– A função deste camada é entregar
pacotesnúmero
aos computadores
dos
com o os
mesmo
de portas,
usuários.
mas um custa R$ 200,00 e outro
custa R$ 20.000,00.
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Referências
•
KUROSE, J. F.; ROSS, K. W. Redes de Computadores e a Internet: uma
abordagem top-down. 3ª edição. São Paulo: Addison Wesley, 2007.
•
PINHEIRO, José. Guia completo de cabeamento de redes. Rio de Janeiro.
Elsevier, 2003.
•
MARIN, Paulo S. Cabeamento Estruturado: Desvendando cada passo: do
projeto à instalação. 3ª edição. São Paulo. Ed. Érica, 2010.
•
ABNT. NBR 14565 : Cabeamento de telecomunicações para edifícios
comerciais. Rio de Janeiro. ABNT, 2007.
•
TRULOVE, James . LAN Wiring. 3.ed. New York. McGraw-Hill, 2006.
•
Diversos catálogos de fabricantes (Furukawa, Panduit, Anixter, BlackBox,
Krone, Nexans, Policom, Dutotec e outros)
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Referências
• Charles Spurgeon's Ethernet (IEEE 802.3)
Site - http://www.ethermanage.com/ethernet/
• The Ethernets: Evolution from 10 to
10000 Mbps ftp://ftp.iol.unh.edu/pub/gec/training/ethernet_evolution.pdf
• TANENBAUM, A. Redes de Computadores.
4ª Ed. Campus, 2003.
• CISCO, Curso Oficial CCNA – Módulo 1
Laboratório de Redes I
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