Hubs, Pontes e Comutadores

Apresentação em tema: "Hubs, Pontes e Comutadores"— Transcrição da apresentação:

1 Hubs, Pontes e Comutadores
Usados para estender as característcias das redes locais: cobertura geográfica, número de nós, funcionalidade administrativa, etc. Diferem entre si em respeito a: isolamento de domínios de colisão camada em que operam Diferentes de roteadores “plug and play” não provêem roteamento ótimo de pacotes IP

2 Hubs Dispositivos da camada física: basicamente são repetidores operando ao nível de bit: repete os bits recebidos numa interface para as demais interfaces Hubs podem ser dispostos numa hierarquia (ou projeto de múltiplos níveis), com um hub backbone na raíz

3 Hubs (cont) Cada rede local ligado é chamada de segmento de rede local
Hubs não isolam domínios de colisão: um nó pode colidir com qualquer outro nó residindo em qualquer segmento da rede local Vantagens de Hubs: Dispositivos simples, baratos Configuração em múltiplos níveis provê degradação paulatina: porções da rede local continuam a operar se um dos hubs parar de funcionar Estende a distância máxima entre pares de nós (100m por Hub)

4 Hubs (cont) Limitações de Hubs:
Domínio de colisão único resulta em nenhum aumento na vazão máxima; a vazão no caso de múltiplos níveis é igual à do segmento único Restrições em redes locais individuais põe limites no número de nós no mesmo domínio de colisão (portanto, por Hub ou coleção de Hubs); e na cobertura geográfica total permitida Não se pode misturar tipos diferentes de Ethernet (p.ex., 10BaseT and 100BaseT)

5 Pontes (“Bridges”) Dispositivos da camada de enlace: operam em quadros Ethernet, examinando o cabeçalho do quadro, e reencaminhando selectivamente um quadro com base no seu endereço de destino Ponte isola domínios de colisão pois ela armazena e re-encaminha os quadros Quando se quer re-encaminhar um quadro num segmento, a ponte usa CSMA/CD para fazer acesso ao segmento e transmitir

6 Pontes (cont) Vantagens de pontes:
Isola domínios de colisões, o que resulta em aumento de vazão máxima total, e não limita nem o número de nós e nem a cobertura geográfica Pode interligar tipos diferentes de Ethernet pois é um dispositivo “armazena e re-encaminha” Transparente: não requer nenhuma modificação aos adaptadores dos nós da rede local

7 Ponte como Backbone

8 Interconexão sem Backbone
Não recomendada por duas razões: - Ponto único de falha no hub de Computer Science - Todo tráfego entre EE e SE deve passar pelo segmento CS

9 Filtragem em Pontes Pontes aprendem quais nós são alcançáveis através de quais interfaces, e mantêm tabelas de filtragem Uma entrada numa tabela de filtragem: (Endereço MAC do Nó, Interface da Ponte, Selo do Tempo) Procedimento de filtragem: se destino estiver na rede local pela qual o quadro foi recebido então descarta o quadro senão { faz pesquisa na tabela de filtragem se foi encontrada a entrada para o destino então re-encaminha o quadro na interface indicada; senão faz inundação; /* re-encaminha em todas as interfaces exceto naquela por onde chegou*/ }

10 Aprendizagem por Pontes
Quando um quadro é recebido, a ponte “aprende” o seu endereço de origem e atualiza a tabela de filtragem: <Endereço MAC do Nó, Interface da Ponte, Selo do Tempo> Entradas expiradas na tabela de filtragem são descartadas (TTL pode ser de 60 minutos)

11 Árvore Geradora de uma Rede
Para aumento de disponibilidade, é desejável possuir redundância, com caminhos alternativos de uma origem a um destino Porém, com múltiplos caminhos simultâneos, existem ciclos nos quais pontes podem multiplicar e re-encaminhar um quadro para sempre Uma solução é organizar o conjunto de pontes numa árvore geradora desabilitando algumas das interfaces das pontes: Disabled

12 Pontes X Roteadores Ambos são dispositivos “armazena e re-encaminha”, porém Roteadores são dispositivos da Camada de Rede (examinam cabeçalhos da camada de rede) enquanto Pontes são dispositivos da Camada de Enlace Roteadores mantêm tabelas de rotas e implementam algoritmos de roteamento; pontes mantêm tabelas de filtragem e implementam filtragem, aprendizagem e algoritmos de árvore geradora

13 Pontes X Roteadores (cont)
Pontes: prós e contras + Operação de uma Ponte é mais simples requerendo menor capacidade de processamento - Topologias são restritas com pontes: uma árvore geradora deve ser construída para evitar ciclos - Pontes não oferecem proteção contra tempestades de difusão (“broadcast storms”): difusão contínua feita por um nó será espalhada por uma ponte

14 Pontes X Roteadores (cont)
Roteadores: prós e contras + São suportadas topologias arbitrárias, ciclos são limitados por contadores TTL (e bons protocolos de roteamento) + Provêem proteção “parede corta-fogo” contra tempestades de difusão - Requerem configuração de endereços IP (não são “plug and play”) - Requerem maior capacidade de processamento Pontes são melhores em redes pequenas (algumas centenas de nós) enquanto roteadores são necessários em grendes redes (milhares de nós)

15 Comutadores Ethernet Um comutador Ethernet (“Ethernet switch”) é um dispositivo que estende funções normais de ponte para incluir “conexões dedicadas” ponto-a-ponto Uma estação ligada a um comutador através de uma conexão dedicada ponto-a-ponto sempre deteta que o meio está ocioso: não haverá colisões nunca! Comutadores Ethernet provêem combinações de conexões compartilhadas/dedicadas, a 10/100/1000 Mbps

16 Comutadores Ethernet (cont)
Alguns comutadores E-net supportam comutação “cut-through”: o quadro é re-encaminhado imediatamente ao destino, sem esperar a montagem do quadro inteiro no buffer do comutador; há uma pequena redução em latência Comutadores Ethernet variam em tamanho, e os mais rápidos incorporam uma rede de interconexão de alta capacidade

17 Ethernet Switches (cont)
Dedicated Shared

18 Rede Local de Rádio IEEE 802.11
Redes locais de rádio estão se tornando populares: => acesso Internet por estações móveis Aplicações: acesso Internet nômade, computação portátil, redes “ad hoc” (com múltiplos enlaces) Padrões IEEE definem protocolo MAC; bandas do espectro de freqüência sem licença: 900MHz, 2,4GHz Conj. de Estações (BSS) + Pontos de Acesso (AP) => Sistema de Distribuição Como rede usando pontes (endereços MAC “flat”)

19 Redes Ad Hoc Estações IEEE podem constituir um grupo dinamicamente, sem precisar de um AP Rede Ad Hoc: sem infra-estrutura pré-existente Aplicações: reunião de “laptops” numa sala de conferências, carro, aeroporto; interconexão de dispositivos “pessoais” (vide bluetooth.com); teatro de guerra; computação pervasiva (espaços inteligentes) IETF tem o GT MANET (Mobile Ad hoc Networks) Nota-se: tb. pode usar para construir um enlace ponto a ponto

20 Protocolo MAC IEEE 802.11 Protocolo CSMA:
- deteta canal ocioso durante intervalo DIFS (Distributed Inter Frame Space) - transmite quadro (sem Deteção de Colisão) - receptor responde com ACK depois de intervalo SIFS (Short Inter Frame Space) -se canal detetado ocupado então afastamento binário NAV: Network Allocation Vector (tempo mín. de adiamento)

21 Efeito de Terminal Oculto
CSMA ineficiente na presença de terminais ocultos Terminais ocultos: A e B não conseguem ouvir um ao outro por causa de obstáculos ou atenuação do sinal; logo, seus pacotes colidem em B Solução? CSMA/CA (CA = Collision Avoidance) - objetivo é evitar colisões

22 Evitando Colisões: troca RTS-CTS
estação querendo transmitir envia RTS - Ready to Send; receptor responde com CTS - Clear to Send CTS “congela” estações dentro do alcance do receptor (mas possivelmente escondido do transmissor); isto impede colisões por estação oculta durante transmissão dos dados RTS e CTS são muito curtas: colisões durante a fase de dados são, portanto, muito pouco prováveis (o resultado final é semelhante à Deteção de Colisões) Nota-se que IEEE inclui CSMA, CSMA/CA e “polling” pelo AP

23 Protocolo Ponto-a-Ponto (PPP)
Enlace de dados por cabo, ponto a ponto, mais fácil para gerenciar do que enlace por difusão: não precisa de Controle de Acesso ao Meio (MAC) Existem vários protocolos de enlace de dados: PPP, HDLC, SDLC, protocolo de Bit Alternado, etc PPP (Point to Point Protocol) é muito popular: usado em conexões discadas entre sistema doméstico e provedor; tb. em conexões SONET/SDH, etc PPP é extremamente simples (o mais simplesdos protocolos de enlace de dados) e muito otimizado

24 Requisitos PPP Enquadramento: encapsulamento de pacotes
transparência de bits: deve poder carregar qq. padrão de bits no campo de dados deteção de erros (porém, sem sua correção) suporte para múltiplos protocolos da camada de rede manter conexão “viva” negociação do Endereço da Camada de Rede: estações/nós através do enlace devem aprender/configurar um do outro seus endereços de rede

25 Não são providos por PPP
correção/recuperação de erros controle de fluxo sequenciamento enlaces multiponto (p.ex., polling)

26 Quadro de Dados do PPP Flag: delimitador (enquadramento)
Endereço: não faz nada (apenas um destino possível) Controle: não faz nada; no futuro possivelmente haverá múltiplos campos de controle Protocolo: camada superior para qual quadro deve ser entregue (p.ex, PPP-LCP, IP, IPCP, etc)

27 Transparência de Dados (RFC 1662)
Para “transparência dos dados”, o campo de dados deve poder incluir o padrão 0x7e = < > ; ié, ele não deve ser interpretado como um flag Em enlaces síncronos orientados a bit, usa-se “bit stuffing”: depois de uma seqüência de 5 bits ‘1’, o transmissor insere um bit ‘0’; quando o receptor receber a seqüência ‘111110’, o bit ‘0’ final é suprimido. Em enlaces assíncronos ou síncronos orientados a byte, o transmissor insere um caractere de “escape”, 0x7d = < >, usado em combinação com outro caractere, obtido do original por inversão do bit 5 (XOR com 0x20); o receptor faz a transformação inversa. Exemplos: 0x7e = < >  0x7d, 0x5e = < > 0x7d = < >  0x7d, 0x5d = < > 0x11 = < >  0x7d, 0x31 = < > (exemplo de código de controle ASCII: 0x00 a 0x1f, 0x80 a 0x9f )

28 PPP-LCP: Protocolo de Controle do Enlace
PPP-LCP estabelece/libera a conexão PPP; negocia as opções Inicia no estado DEAD Opções: compr. máx. do quadro; prot. de autenticação Uma vez estabelecido enlace PPP, IPCP (Control Protocol, por cima do PPP) começa a configurar endereços IP, etc.