1. O documento descreve os principais componentes de uma rede, incluindo cabos, placas de rede, switches e hubs. 2. Switches melhoram o desempenho de redes em relação a hubs ao fornecer uma conexão dedicada para cada nó, eliminando gargalos de tráfego e colisões. 3. Uma rede totalmente comutada substitui todos os hubs por segmentos dedicados para cada nó ligados a um switch, permitindo que cada nó use a largura de banda total disponível.

1. Capítulo I: EQUIPAMENTO DE REDE
1. Introdução
Se você já leu outros artigos sobre redes ou Internet, já conhece o funcionamento básico
de uma rede, que depende de:
• nós (computadores)
• um meio de conexão (com ou sem fios)
• equipamento de rede especializado, como roteadores ou hubs.
Na Internet, todas estas peças trabalham conjuntamente para permitir que o seu
computador envie informações para outros computadores que podem estar do outro lado
do mundo!
Básico sobre as redes
Abaixo veremos os 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.
• Backbone - cabeamento principal de uma rede, sendo que todos os segmentos se
conectam a ele. Geralmente, o backbone é capaz de carregar mais informações do
que os segmentos individuais. Por exemplo, cada segmento pode ter uma taxa de
transferência de 10 Mbps (megabits por segundo), enquanto o backbone opera a
100 Mbps.
• Topologia - maneira como cada nó se conecta fisicamente à rede (mais
informações na próxima seção).
• Rede local (LAN) - rede de computadores que geralmente estão em um mesmo
local, que pode ser um prédio ou um campus de universidade. Se os computadores
estiverem muito distante um do outro (em bairros ou cidades diferentes), uma
rede de longa distância (WAN) é utilizada.

2. • Placa de interface de rede - cada computador (e a maioria dos outros
dispositivos) se conecta à rede através de uma placa de rede. A maioria dos
computadores de mesa utiliza uma placa Ethernet (normalmente de 10 ou 100
Mbps) conectada a um slot da placa-mãe do computador.
• Endereço MAC (Media Access Control) - este é o endereço físico de qualquer
dispositivo (como uma placa de rede em um computador) na rede. O endereço
MAC, 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.
• Unicast - transmissão de um nó endereçado, especificamente, para outro nó.
• Multicast - em 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. Um exemplo pode ser um roteador
Cisco (em inglês) 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.
Topologias de rede
Veja abaixo algumas das topologias mais utilizadas.
• 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.
Topologia da rede de barramento
• 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 sus vez para enviar e

3. receber informações através de um token (ficha). O 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.
Topologia de rede em anel
• Estrela - em uma rede em 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.

4. Topologia de rede em estrela
• Barramento em estrela - provavelmente a topologia de rede mais utilizada hoje.
A rede de barramento em estrela 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, como no
exemplo abaixo:

5. Topologia de rede em estrela
1.1 Cabos de Rede
Dos diversos cabos de rede podemos destacar o UTP( muito usado em LAN’s, tem
várias categorias) e a fibra óptica.
O cabo de rede é composto de 8 pares de fios de cobre separados por cores e é
responsável por fazer a comunicação entre os computadores e os equipamentos da rede.
Pode ser usado em distâncias de até 100 metros - apesar de que eu não recomendo o uso
de cabos com comprimento maior do que 90 metros. Esta distância existe por que o pulso
elétrico que transporta as informações dentro do cabo sofre atenuação (perda) de sinal
após os 100 metros e isso afeta a capacidade de comunicação da rede. Para poder usar o
cabo de rede em distâncias superiores a 90/100 metros empregam-se repetidores de sinal,
que funcionam com ampliadores do sinal. Como pode ser visto na figura abaixo (1):
1.2 Fibra Óptica
Investigar sobre este item. Tipos de cabo, velocidade, modos, propagação do sinal.

6. 1.3 Placas de Rede
Uma placa de rede (também chamada adaptador de rede ou NIC) é um dispositivo de
hardware responsável pela comunicação entre os computadores em uma rede, hoje em dia
também já há placas de rede wireless. A placa de rede é o hardware que permite aos
micros conversarem entre si através da rede. Sua função é controlar todo o envio e
recepção de dados através da rede. Cada arquitectura de rede exige um tipo específico de
placa de rede; Não se deve usar uma placa de rede Token Ring em uma rede Ethernet,
pois ela simplesmente não conseguirá comunicar-se com as demais. Além da arquitetura
usada, as placas de rede à venda no mercado diferenciam-se também pela taxa de
transmissão, cabos de rede suportados e barramento utilizado (On-Board, PCI, ISA ou
Externa via USB). As placas de rede para Notebooks podem ser on-board ou por uma
placa PCMCIA. Quanto à taxa de transmissão, temos placas Ethernet de 10 Mbps / 100
Mbps / 1000 Mbps e placas Token Ring de 4 Mbps e 16 Mbps. Devemos utilizar cabos
adequados à velocidade da placa de rede. Usando placas Ethernet de 10 Mbps por
exemplo, devemos utilizar cabos de par trançado de categoria 3 ou 5, ou então cabos
coaxiais. Usando placas de 100 Mbps o requisito mínimo a nível de cabeamento são
cabos de par trançado blindados nível 5. No caso de redes Token Ring, os requisitos são
cabos de par trançado categoria 2 (recomendável o uso de cabos categoria 3) para placas
de rede de 4 Mbps, e cabos de par trançado blindado categoria 4 para placas de 16 mbps.
Devido às exigência de uma topologia em estrela das redes Token Ring, nenhuma placa
de rede Token Ring suporta o uso de cabos coaxiais. Cabos diferentes exigem encaixes
diferentes na placa de rede. O mais comum em placas Ethernet, é a existência de dois
encaixes, uma para cabos de par trançado e outro para cabos coaxiais. Muitas placas mais
antigas, também trazem encaixes para cabos coaxiais do tipo grosso (10Base5), conector
com um encaixe bastante parecido com o conector para joysticks da placa de som.E
também existem vários tipos Placas que trazem encaixes para mais de um tipo de cabo
são chamadas placas combo. A existência de 2 ou 3 conectores serve apenas para
assegurar a compatibilidade da placa com vários cabos de rede diferentes. Naturalmente,
você só poderá utilizar um conector de cada vez.
1.4 Concentradores de Redes(Hub e Switches)
1.4.1 Funcionamento dos switches LAN (rede de comunicação local)
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

7. conexão da rede, geralmente um computador) de uma rede se comuniquem diretamente
uns com os outros de maneira simples e eficaz.
Imagem cedida Cisco Systems, Inc.
Ilustração de um switch Cisco Catalyst
Existem vários 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. Neste artigo, vamos falar
sobre as redes Ethernet que usam estes switches LAN. Vamos aprender o que é um
switch LAN e como funcionam o aprendizado automático, as VLANs (redes locais
virtuais), o trunking e spanning tree.
1.4.2 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.
• 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.
• 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. 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 aceder um
servidor ou a Internet e, de repente, tudo fica muito lento.
• Falha de rede - em uma rede típica, um dispositivo conectado a um hub pode
causar problemas em outros dispositivos conectados a este mesmo hub devido a
configurações incorretas de velocidade (por exemplo, 100 Mbps em um hub de 10
Mbps) ou excesso de transmissões broadcast. Os switches podem ser
configurados para limitar os níveis de broadcast.
• 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

8. 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. Na próxima seção, você vai descobrir como os switches direcionam o tráfego
da rede.
1.4.3 A solução: 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. Mas não seria fantástico 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. Por exemplo, 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.

9. 1.4.4 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.
Imagem cedida Cisco Networks
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 directamente com outros nós. As informações podem viajar de um nó para um switch
e de um switch para um nó simultaneamente.
As redes comutadas utilizam cabeamento de par trançado ou de fibra óptica. 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. Em outras palavras, o fluxo
de tráfego tem uma pista para cada direcção. 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 direcções 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.
1.4.5 Redes mistas
A maioria das redes não é 100% comutada devido aos custos de substituição dos hubs
pelos switches.

10. Uma rede mista com 2 switches e 3 hubs
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.
1.4.6 Roteadores e switches
Como você pode ver, 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? Os
switches geralmente utilizam a Camada 2 (camada de enlace de dados) do modelo de
referência OSI, utilizando endereços MAC, enquanto os roteadores trabalham na Camada
3 (Rede) com endereços da camada 3 - IP, IPX ou Appletalk, dependendo do protocolo
da camada 3 (em inglês) utilizado. 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. Quando
um dispositivo precisa enviar informações, mas não sabe para quem deve enviá-las, ele
envia um broadcast. Por exemplo, toda vez que um novo computador ou outro dispositivo
chega à rede, ele envia um pacote broadcast para anunciar sua presença. 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.

11. O modelo de referência OSI consiste em 7 camadas que vão
do cabo (camada física) até o software (camada da aplicação)
Um hub ou switch, ao contrário de um roteador, deixa passar qualquer pacote broadcast
que recebe para todos os outros segmentos do domínio broadcast. Pense novamente no
exemplo do cruzamento. Todo o tráfego passa pelo cruzamento, não importa o destino.
Agora 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. 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.
1.4.7 Comutação de pacotes
Os switches LAN funcionam através da comutação de pacotes. O switch estabelece uma
conexão entre dois segmentos por um tempo suficiente para enviar o pacote atual. Os
pacotes recebidos (que são parte de um frame ethernet) são armazenados em uma
memória temporária (buffer). O endereço MAC contido no cabeçalho do frame é lido e

12. comparado com a lista de endereços mantida pelo switch. Em uma LAN Ethernet, um
frame Ethernet contém um pacote normal que são os dados do frame e um cabeçalho
especial que contém a informação do endereço MAC do remetente e do destinatário do
pacote.
Switches de comutação de pacotes utilizam 1 dos 3 métodos a seguir para rotear o
tráfego:
• corte de caminho (cut-through)
• armazena e passa adiante (store-and-foward)
• livre de fragmentos
(fragment-free)
Os switches cut-through lêem o endereço MAC assim que o pacote é detectado pelo
switch. Após armazenar os 6 bytes que contêm as informações sobre o endereço, eles
imediatamente começam a mandar o pacote para o nó de destino, mesmo se o restante do
pacote ainda estiver chegando ao switch.
Um switch que utiliza o método store-and-forward salva o pacote completo em um
buffer e verifica se existem erros CRC ou outros problemas antes de transmiti-lo. Se o
pacote contiver um erro, ele é descartado. Se não existir erro, o switch verifica o endereço
MAC e envia o pacote para o nó de destino. Muitos switches combinam os dois métodos.
O método cut-through é utilizado até alcançar um certo nível de erro e depois o switch
muda para store-and-forward. Poucos switches utilizam somente cut-through, já que este
método não corrige erros.
Um método menos comum é o fragment-free. Ele funciona como um cut-through, mas
armazena os primeiros 64 bytes do pacote antes de enviá-lo. O motivo é que a maioria
dos erros e todas as colisões acontecem nos 64 bytes iniciais de um pacote.
1.4.8 Pontes transparentes
Aprendizagem automática
A maioria dos switches LAN Ethernet utiliza um sistema muito interessante, chamado
aprendizagem automática para criar as suas listas de endereços. Essa é uma tecnologia
que permite que o switch aprenda tudo sobre a localização dos nós de uma rede sem que
o administrador da rede tenha de fazer qualquer coisa. A aprendizagem automática está
dividida em cinco partes:
• aprendizado
• flooding
• filtragem
• encaminhamento
• envelhecimento

13. Pontes transparentes: o processo
O switch é adicionado à rede e vários segmentos são ligados às portas do switch.
• Um computador (nó A) no primeiro segmento (segmento A) envia dados para um
computador (nó B) em outro segmento (segmento C).
• O switch pega o primeiro pacote de dados do nó A, seu endereço MAC e o salva
na lista de endereços do segmento A. O switch agora sabe onde achar o nó A toda
vez que um pacote de dados for endereçado para ele. Este processo é chamado de
aprendizado (learning).
• Já que o switch não sabe onde está o nó B, ele envia o pacote para todos os
segmentos, com exceção do segmento A. O processo de enviar um pacote para
todos os segmentos para encontrar um nó específico é conhecido como flooding.
• O nó B pega o pacote e envia-o novamente para o nó A para avisá-lo que o pacote
foi recebido.
• O pacote do nó B chega ao switch. Agora o switch pode adicionar o endereço
MAC do nó B à lista de endereços do segmento C. Como o switch já sabe o
endereço do nó A, ele envia o pacote diretamente para ele. O nó A está num
segmento diferente do nó B, por isso o switch deve conectar os dois segmentos
para enviar o pacote. Isto é conhecido como encaminhamento (forwarding).
• Um novo pacote do nó A para o nó B chega ao switch. O switch agora sabe onde
está o nó B, então direciona o pacote diretamente para o nó B.

14. • O nó C envia informação para que o switch localize o nó A. O switch consulta o
endereço MAC do nó C e o adiciona à lista de endereços do segmento A. O
switch já sabe o endereço do nó A e entende que os 2 nós estão no mesmo
segmento. Então, ele não precisa conectar o segmento A a outro segmento para
que os dados viajem do nó C para o nó A. Portanto, o switch vai ignorar os
pacotes que viajam entres nós de um mesmo segmento. Isto é a filtragem
(filtering).
• Os processos de aprendizado e flooding continuam até que todos os nós estejam
armazenados nas listas de endereços. A maioria dos switches tem muita memória
disponível para administrar estas listas de endereços. Entretanto, para otimizar o
uso da memória, eles removem informações antigas para que o switch não perca
tempo com endereços obsoletos. Para fazer isso, eles utilizam uma técnica
chamada envelhecimento. Quando uma nova informação é adicionada à lista de
endereços, o switch atribui uma data e hora ao endereço. Toda vez que um pacote
é enviado para um nó, a data e a hora são atualizadas. O switch tem um timer
configurável que apaga o endereço depois de um certo tempo de inatividade
daquele nó, que libera a memória para a inclusão de outros endereços. Como você
pode ver, uma ponte transparente é uma maneira fácil e prática de adicionar e
gerenciar todas as informações que um switch precisa para realizar o seu trabalho.
No nosso exemplo, 2 nós estavam no segmento A, enquanto o switch criava segmentos
independentes para os nós B e D. Em uma rede comutada ideal, cada nó deve ter o seu
próprio segmento. Isto eliminaria a possibilidade de colisões e também a necessidade da
filtragem.

15. 1.4.9 Redundância
Quando falamos anteriormente sobre as redes de barramento e as redes em anel, uma
questão levantada foi a possibilidade de um ponto único de falha. Numa rede em estrela,
o ponto de erro mais comum é o switch ou hub. Veja este exemplo:
Neste exemplo, se o switch A ou C falhar, os nós conectados a este switch são afetados,
mas os nós nos outros dois switches ainda podem se comunicar. Entretanto, se o switch B
falha, toda a rede cai. Mas e se adicionarmos outro segmento à rede que conecte os
switches A e C?

16. Neste caso, mesmo que um dos switches falhe, a rede continuará funcionando. Isto gera
redundância, o que efetivamente elimina o ponto único de falha.
Mas agora temos um novo problema.
1.4.10 Congestionamento broadcast
Na última seção, você descobriu como os switches aprendem a localizar os nós. Com
todos os switches conectados em loop, um pacote vindo de um nó poderia passar por um
switch através de 2 segmentos diferentes. Por exemplo, imagine que o nó B está
conectado ao switch A e precisa se comunicar com o nó A no segmento B. O switch A
não sabe onde o nó A está, então ele faz uma transmissão broadcast do pacote.
O pacote viaja pelo segmento A ou C para outros dois switches (B e C). O switch B vai
adicionar o nó B à lista de endereços do segmento A, enquanto o switch C vai adicioná-lo
à lista de endereços do segmento C. Se nenhum switch aprendeu o endereço do nó A, eles
vão fazer uma varredura no segmento B procurando pelo nó A. Cada switch vai pegar o
pacote enviado pelo outro switch e enviá-lo de volta imediatamente, já que eles não
sabem onde está o nó A. O switch A vai receber o pacote de cada segmento e enviá-lo de
volta para outro segmento. Isto gera um congestionamento broadcast. Os pacotes
broadcast são recebidos e retransmitidos por cada switch, o que causa um
congestionamento severo na rede.
Isto nos leva às spanning trees(veja o capítulo das redes locais virtuais).

17. Roteadores e comutação da camada 3
Enquanto a maioria dos switches opera na camada de enlace de dados (camada 2) do
Modelo de referência OSI, alguns incorporam funções de um roteador e também operam
na camada de rede (camada 3). Na verdade, um switch de camada 3 é muito parecido
com um roteador.
Os switches da camada 3 operam na camada de rede
Quando um roteador recebe um pacote, ele observa os endereços da fonte e do destino da
camada 3 para determinar o caminho que o pacote deve tomar. Um switch padrão utiliza
os endereços MAC para determinar a fonte e o destino do pacote. Este procedimento é
feito na camada 2 (enlace de dados) da rede.
A principal diferença entre um roteador e um switch de camada 3 é que os switches têm
hardware otimizado para transmitir dados tão rapidamente quanto os switches de camada
2. Entretanto, eles ainda decidem como transmitir o tráfego na camada 3, exatamente
como um roteador faria. Dentro de um ambiente LAN, um switch de camada 3 é
geralmente mais rápido do que um roteador porque é construído para ser um hardware de
comutação. Muitos switches de camada 3 da Cisco são, na verdade, roteadores que
operam mais rapidamente porque são construídos com pastilhas personalizadas de
comutação.

18. O reconhecimento de padrões (pattern matching) e a memória cache em switches de
camada 3 funcionam de maneira semelhante a um roteador. Ambos utilizam um
protocolo e uma tabela de roteamento para determinar o melhor caminho. Entretanto, um
switch de camada 3 tem a capacidade de reprogramar dinamicamente um hardware com
as informações atuais de roteamento da camada 3. Por isso o processamento dos pacotes
é mais rápido.
Nos switches de camada 3 atuais, as informações recebidas pelos protocolos de
roteamento são utilizadas para atualizar a memória cache das tabelas do hardware.
1.5 . Roteadores e comutação da camada 3
Enquanto a maioria dos switches opera na camada de enlace de dados (camada 2) do
Modelo de referência OSI, alguns incorporam funções de um roteador e também operam
na camada de rede (camada 3). Na verdade, um switch de camada 3 é muito parecido
com um roteador.
Os switches da camada 3 operam na camada de rede

19. Quando um roteador recebe um pacote, ele observa os endereços da fonte e do destino da
camada 3 para determinar o caminho que o pacote deve tomar. Um switch padrão utiliza
os endereços MAC para determinar a fonte e o destino do pacote. Este procedimento é
feito na camada 2 (enlace de dados) da rede.
A principal diferença entre um roteador e um switch de camada 3 é que os switches têm
hardware otimizado para transmitir dados tão rapidamente quanto os switches de camada
2. Entretanto, eles ainda decidem como transmitir o tráfego na camada 3, exatamente
como um roteador faria. Dentro de um ambiente LAN, um switch de camada 3 é
geralmente mais rápido do que um roteador porque é construído para ser um hardware de
comutação. Muitos switches de camada 3 da Cisco são, na verdade, roteadores que
operam mais rapidamente porque são construídos com pastilhas personalizadas de
comutação.
O reconhecimento de padrões (pattern matching) e a memória cache em switches de
camada 3 funcionam de maneira semelhante a um roteador. Ambos utilizam um
protocolo e uma tabela de roteamento para determinar o melhor caminho. Entretanto, um
switch de camada 3 tem a capacidade de reprogramar dinamicamente um hardware com
as informações atuais de roteamento da camada 3. Por isso o processamento dos pacotes
é mais rápido.
Nos switches de camada 3 atuais, as informações recebidas pelos protocolos de
roteamento são utilizadas para atualizar a memória cache das tabelas do hardware.

20. Switches Camada 3
Uma visão geral sobre Switches Camada 3
Nas arquiteturas de rede em geral, encontram-se
hubs, switches e roteadores, onde os hubs e switches
atuam como pontos centrais de cabeamento nos
segmentos de LAN, enquanto o roteador cuida das
funções de nível mais alto, como a tradução de
protocolos de rede, o tráfego de dados entre
segmentos de LAN e o acesso à WAN.
Em arquiteturas de redes simples o roteador acaba se tornando o Backbone da rede,
provendo conexões a LANs , a servidores locais, a WAN e à Internet, exercendo
múltiplas funções.
O tráfego de dados provenientes da WAN e da Internet tem aumentado a cada dia,
exigindo cada vez mais do roteador e sobrecarregando-o, como conseqüência, cria-se
nesse ponto um inevitável gargalo.
Para agravar ainda mais a situação, as empresas estão migrando para redes Fast Ethernet
e os roteadores conseguem operar com pouco mais de meia dúzia de interfaces Fast
Ethernet.
A medida que mais estações migram para Fast Ethernet, o Backbone precisa migrar para
Gigabit Ethernet para poder oferecer uma largura de banda adequada. Considerando que
cada interface Gigabit Ethernet requer taxas de transmissão em torno de 1,5 milhões de
pacotes por segundo para operar sobre cabeamento de alta velocidade de forma
satisfatória, e que os tradicionais roteadores baseados em software não ultrapassam 1
milhão de pacotes por segundo, conclui-se facilmente que o roteador será o maior ponto
de afunilamento na transmissão de dados.
Atualizar os roteadores existentes para adequa-los ao aumento de tráfego da rede é
oneroso, e em muitos casos pode-se não alcançar o desempenho desejado. Isto leva a uma
busca por novas soluções.
A tecnologia ASIC
O desenvolvimento da tecnologia ASICs (Application Specific Integrated Circuits)
resultou em uma geração de switches, os camada 3, que processam roteamento IP em
hardware especializado, utilizando uma estrutura de memória compartilhada ou de
comutação de barramento cruzado.
Exemplos de produtos de roteamento de alta velocidade são: Bay Networks Accelar,
Cabletron SmartSwitch™ Router, Cisco Systems Catalyst 8500, Extreme Networks
Summit, Foundry Networks Net/Turbo/BigIron Routers, Packet Engines PE-4884,
Torrent Networking IP9000.

21. Os switches que utilizam essa tecnologia possuem uma taxa de transferência de dados
mais alta que dos roteadores tradicionais, já que não oferecem todas as funcionalidades
oferecidas pelos roteadores. Enquanto os roteadores podem operar como backbone de
redes e dispositivos de acesso a WAN e à Internet, os novos switches, apesar de
processarem o roteamento IP, só possuem interfaces LAN, não realizando conexões com
a WAN ou com a Internet.
O novo switch camada 3, também chamado acelerador de roteador, é o resultado da
combinação do switch camada 2 (que opera com MACadress) com o roteamento IP da
camada 3, ele controla o tráfego local que iria direto para o roteador. Utilizando a
tecnologia das bridges de guardar endereços e aprendendo a localização do endereço IP
nas várias portas, esse switch monta dinamicamente sua própria tabela de roteamento,
utilizando essas informações para selecionar os dados que serão enviados ao roteador.
Os dados que realmente precisam ser manipulados pelo roteador é que são enviados, mas
na maioria dos casos os dados podem ser simplesmente enviados a sub-rede apropriada,
tarefa que passa a ser executada pelo switch. A diferença entre os switches camada 3 e os
camada 2 é que o primeiro pode direcionar o tráfego de dados de forma inteligente,
enquanto o segundo passa adiante todos os dados sem examiná-los.
Combinando um roteador tradicional baseado em software com um switch camada 3,
pode-se reduzir consideravelmente a carga de trabalho sobre o roteador e aumentar a taxa
de transferência entre sub-redes para milhões de pacotes por segundo. Com esses
switches as empresas podem manter o tráfego LAN a LAN fluindo, com um custo menor
do que repor os roteadores existentes.
Vale lembrar, que o tráfego de dados que requer transporte através da WAN ou que não
seja baseado em IP (IPX™, AppleTalk®, DECnet™) precisa passar pelo roteador, uma
vez que, o Switch camada 3 manipula apenas transmissões IP, não suportando
multiprotocolos e nem interface WAN.
Características Switch de Camada 3 Roteador Tradicional
Roteamento IP, IPX, AppleTalk Sim Sim
Definição de sub-rede Por porta ou Grupo de portas Por Porta
Implementação do repasse Hardware (ASIC) Software / Microprocessadores
Suporte RMON Sim Não
Custo + Baixo + Alto
Suporte WAN Não Sim
Desempenho Relativamente + alto Relativamente + baixo
Escalabilidade + Escalável - Escalável