4 - SWITCHING E ROUTING

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Ambientes computacionais e conectividade
UE 4 - SWITCHING E ROUTING (DL)
TÓPICO 01
Switching e Routing 
Olá, estudante! Seja bem-vindo(a) à unidade de estudo Switching e Routing. 
Cada estratégia de segmentação de redes possui suas características próprias, que determinam sua maior ou menor adequação para uma determinada rede local e para os problemas que essa rede apresenta. Muitas vezes, várias técnicas são adequadas, em outras, por limitações impostas pelas características da rede, apenas uma é indicada.
De forma geral, roteamento é uma técnica que deve ser usada quando é necessária a conversão de protocolos. Essa técnica permite, por exemplo, que sistemas em redes WANs se comuniquem com sistemas em redes locais, o que não é possível utilizando switching.
Já a estratégia switching, deve ser aplicada em situações em que é desejada uma melhora de desempenho. Porém, deve-se tomar cuidado com uma verdadeira análise do problema enfrentado por uma rede antes de adotar um switch como solução.
Você sabe quais as diferenças entre switch e roteador
Para iniciarmos nossos estudos sobre switches e roteadores e saber quando usar um ou outro, ou mais especificamente, quando é melhor usar um ou outro e como utilizar cada um deles, analisemos a charge a seguir para ver um exemplo de como esses estudos são necessários.
O problema da rede é a falta de switches?
O roteador é o dispositivo responsável por gerenciar o acesso dos seus equipamentos à Internet e o switch é o dispositivo responsável pela comunicação entre os seus equipamentos na sua rede particular. Nessa charge temos a seguinte situação:
Quadro 1: Dois rapazes e uma moça, um deles pode ter uma placa de rede de computador, outro rolo de fios para internet Fala do quadro 1: Tendo mais switches resolveremos os problemas? 
Quadro 2: Um dos rapazes olha para seu celular, consultando... Fala do quadro 2: De repente não é esse o problema... estou em contato com a antiga empresa, vendo se consigo o projeto dessa rede.
Quadro 3: Moça falando. Fala do quadro 3: Temos que detectar qual o problema primeiro, depois vemos o que precisa ser comprado, instalado, feito etc.
Muitas vezes, é constatado que a largura de banda disponível na rede não é de fato o problema, e sim que existe uma saturação na demanda por determinados recursos. Nesses casos, a utilização de switches não resolverá o problema: o que é necessário é um maior número de servidores desses recursos.
Porém, a análise da melhor aplicação para cada estratégia é bastante complexa, levando em consideração fatores gerais da rede e exigindo bom conhecimento da rede pelos projetistas. Como foi dito anteriormente, em algumas redes todas as estratégias são adequadas; em outras, por sua vez, apenas uma estratégia serve como solução.
	
Ao final deste conteúdo, você será capaz de:
	
· Compreender conceitos de switching;
· Compreender conceitos de routing;
· Compreender, diferenciar e analisar características e funcionalidades dos switches e roteadores.
Pois bem, já é possível imaginar quantos elementos devem ser explorados para adaptar cada rede e para melhor adequação das suas necessidades. Vamos conhecê-las.
Introdução aos roteadores
Os componentes básicos de um Personal Computer (PC) ou Computador Pessoal padrão e um roteador são, praticamente, os mesmos. O roteador tem uma Central Process Unit (CPU) ou Unidade Central de Processamento, memória, um barramento de sistema e diversas interfaces de entrada/saída.
Entretanto, os roteadores são projetados para realizar funções muito específicas, que não são realizadas pelos computadores comuns.
Exemplo:
Entre os exemplos das ações realizadas pelos roteadores estão: conectar e permitir a comunicação entre duas redes e determinar o melhor caminho (melhor rota) para que os dados sejam transmitidos por meio dessas redes interconectadas.
Assim como os computadores precisam de sistemas operacionais para executar suas funções, os roteadores precisam do Internetwork Operating System (IOS), ou Sistema Operacional de Interconexão de Redes para executar as funções definidas por meio de sua configuração.
Os principais componentes internos do roteador são:
· A memória de acesso aleatório – Random Access Memory (RAM);
· A memória de acesso aleatório não volátil (NVRAM);
· A memória flash;
· A memória somente de leitura (ROM); e
· As interfaces.
Esses componentes do roteador são ilustrados na figura a seguir.
FIGURA 1 | COMPONENTES INTERNOS DE UM ROTEADOR
Nessa figura temos os componentes internos de um roteador: a memória de acesso aleatório - Random Access Memory (RAM); a memória de acesso aleatório não-volátil - Non-Volatile Random Access Memory (NVRAM); a memória flash; a memória somente de leitura (ROM); e, as interfaces. 
Agora, vejamos em detalhes cada um desses componentes!
Entre as características e funções da memória RAM, também chamada de RAM dinâmica – Dynamic Random Access Memory (DRAM), em um roteador estão:
· Armazenar as tabelas de roteamento;
· Manter a cache do Address Resolution Protocol (ARP) ou Protocolo de Resolução de Endereço);
· Manter a cache de fast-switching (comutação rápida);
· Armazenar pacotes em buffers (RAM compartilhada);
· Manter filas para armazenamento temporário de pacotes (queues);
· Fornecer memória temporária para o arquivo de configuração do roteador enquanto ele estiver ligado;
· Perder seu conteúdo quando o roteador é desligado ou reiniciado.
A RAM (memória de acesso aleatório) permite que acessemos dados de forma não sequencial, além de ser relativamente rápida. Seu ponto negativo é o mesmo do cache: é uma memória temporária e volátil, que tem suas informações perdidas quando o computador é desligado.
Basicamente, o termo 'cache' pode ser compreendido como uma área de armazenamento em que dados ou processos frequentemente utilizados são guardados para um acesso futuro mais rápido, poupando tempo e uso desnecessário do hardware.
EXEMPLO:
Um bom exemplo da utilização do cache em um aplicativo é o caso dos navegadores. Os sites que frequentamos constantemente costumam abrir mais rápido do que os que visitamos pela primeira vez.
Convido você a complementar seus estudos sobre o uso de cache na internet, por meio da seguinte leitura.
SAIBA MAIS
O que é cache?
https://www.tecmundo.com.br/navegador/201-o-que-e-cache-.htm
FONSECA, W. O que é cache? TechMundo, 26 ago. 2008. Disponível em: https://www.tecmundo.com.br/navegador/201-o-que-e-cache-.htm. Acesso em: 30 nov. 2020.
Realmente, a tecnologia de cache veio dinamizar muito os processos de tratamento de memória para tornarem os seus acessos mais rápidos.
Agora, vamos ver as diferenças e similaridades do cache em relação ao buffer.
Segundo Morimoto, buffer é uma pequena área de memória ultra-rápida, usada para melhorar a velocidade de acesso a um determinado dispositivo. É encontrado em HDs, gravadores de CD, modems e muitos outros. Apesar de serem sinônimos, o termo 'buffer' é mais usado em relação aos dispositivos anteriormente citados, enquanto o termo 'cache' é mais usado com relação aos processadores e memória RAM.
Um outro componente do roteador, ilustrado na figura anterior, é a NVRAM, que tem as seguintes características e funções:
· Armazenar o arquivo de configuração que será utilizado na inicialização (startup configuration);
· Manter armazenado o seu conteúdo quando o roteador é desligado ou reiniciado.
Confira, na sequência, as funções e características dos outros três componentes de um roteador.
Características e funções da memória flash.
· Manter a imagem do sistema operacional (IOS);
· Permitir que o software seja atualizado sem remover nem substituir chips do processador;
· Armazenar seu conteúdo quando o roteador é desligado ou reiniciado;
· Poder armazenar várias versões do software do IOS;
· É um tipo de ROM programável, apagável eletronicamente – Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory (EEPROM) ou Memória Somente de Leitura Programável Apagável Eletricamente.
Características e funções da memória somente de leitura – Read OnlyMemory
· Manter instruções que definem o autoteste realizado na inicialização do roteador (Power-on self test - POST);
· Armazenar o programa de bootstrap e softwares básicos do sistema operacional;
· Requerer a substituição de chips plugáveis na placa-mãe para as atualizações de software.
Características e funções das interfaces
· Conectar o roteador à rede de comunicação de dados para a entrada e a saída de pacotes;
· Poder ficar na placa-mãe ou em um módulo separado.
Mais adiante no texto, vamos estudar mais detalhes em relação aos componentes internos dos roteadores, independentemente de modelos e fabricantes (ODOM, 2016).
Redes locais e WANs com roteadores
Embora um roteador possa ser usado para segmentar redes locais, seu principal uso é como dispositivo para WANs. Os roteadores têm tanto interfaces de rede local como interfaces de WAN. A seguinte figura ilustra o uso de roteadores para a segmentação de redes.
FIGURA 2 | SEGMENTAÇÃO UTILIZANDO ROTEADORES
Essa figura representa quatro segmentos de redes, onde os hosts estão conectados em quatro hubs. Todos os segmentos foram interligados a partir de um roteador. 
A próxima figura ilustra a conexão de roteadores por intermédio de tecnologias de WAN (ATM, T1/E1).
FIGURA 3 | ROTEADORES CONECTADOS POR TECNOLOGIAS DE WAN
Nessa figura temos roteadores conectados por tecnologias de WAN. Agora, convido você a aprofundar seus estudos sobre as Redes ATM, por meio da seguinte leitura.
ESTUDO GUIADO
Leia as páginas 378 a 382 do livro 'Redes de computadores e a Internet: uma abordagem top-down', que trata das Redes ATM.
CLIQUE NO LINK E LEIA O LIVRO
KUROSE, J.; ROSS, K. W. Redes de computadores e a Internet: uma abordagem top-down. 6ª. ed. São Paulo: Pearson, 2013.
Nessa leitura temos que para acessar as redes de computadores precisamos ter uma infraestrutura adequada, que começamos a estudar a partir de agora.
Conforme vimos na leitura, as redes ATM são mais direcionadas para tratamento de pacotes pequenos.
Vale destacar que as tecnologias WAN, geralmente são utilizadas para conectar roteadores, ou seja, os roteadores se comunicam entre si por meio de conexões WAN. A figura que segue mostra a determinação do melhor caminho (melhor rota) dos pacotes em um sistema de comunicação.
FIGURA 4 | DETERMINAÇÃO DO CAMINHO
Nessa figura temos a determinação do melhor caminho que ocorre por intermédio do conceito de melhor métrica, ou seja, os pacotes serão encaminhados para a rota que estiver menos congestionada.
Para responder à questão expressa na figura anterior, o roteamento executa funções de determinação de melhores opções de comunicação, de comutação de pacotes por esses caminhos e de processamento de rotas para um determinado sistema de comunicação.
Em outras palavras, para que os pacotes sejam encaminhados utilizando a comutação de mensagem ou pacote, uma rota deve ser determinada ou escolhida continuamente.
A determinação e escolha dessa rota é o que foi nomeado como roteamento. Ouça o seguinte PodCast para melhor entender porque um roteador é um backbone numa rede.
PODCAST (PORQUE UM ROTEADOR É UM BACKBONE NUMA REDE)
Ouvimos como o roteador representa um backbone em uma rede de comunicação de dados. Agora, vamos conhecer as suas funcionalidades.
As Funcionalidades Que Uma Interconexão (Internetwork) Corretamente Configurada Oferece são:
· Endereçamento fim a fim;
· Endereços que representam topologias de rede;
· Seleção do melhor caminho (melhor rota);
· Roteamento dinâmico ou estático;
· Comutação dos pacotes.
Funções dos roteadores em uma WAN
Basicamente, considera-se que uma WAN opera na camada física e na camada de enlace. Isso não significa que as outras cinco camadas do modelo OSI não sejam encontradas em uma WAN, significa simplesmente que as características que diferenciam uma WAN de uma rede local normalmente são encontradas na camada física e na camada de enlace.
	
Atenção!
	
'Em outras palavras, os padrões e os protocolos usados nas camadas 1 e 2 das WANs são diferentes dos utilizados nas mesmas camadas das redes locais' (ODOM, 2016).
A camada física da WAN descreve a interface entre o equipamento terminal de dados (DTE) e o equipamento de terminação do circuito de dados (DCE). Geralmente, o DCE é o provedor do serviço e o DTE é o dispositivo conectado.
DTE – Data Terminal Equipment ou equipamento de terminação de dados. Como o nome diz, é o equipamento em que os dados terminam e que também podem ser iniciados. Um DTE pode ser um computador ou um roteador. Geralmente, esse dispositivo prepara a informação a ser enviada/recebida à linha de comunicação pelo usuário.
DCE – Data Communications Equipment, Data Circuit-terminating Equipment, como o nome diz, é o equipamento responsável por realizar a comunicação dos dados.
Nesse modelo, os serviços oferecidos para o DTE são disponibilizados por meio de um modem ou CSU/DSU (TANENBAUM, 2011), conforme mostra a figura a seguir.
FIGURA 5 | CAMADA FÍSICA DA WAN
Podemos observar nessa figura que a camada física da WAN conecta o Equipamento Terminal de Dados (DTE), que se trata de um dispositivo de usuário com interface e conectada ao link da WAN, como o Equipamento de Terminação de Circuito de Dados (DCE), que se trata de uma terminação de rede de comunicação do provedor WAN. Essa conexão acontece em ambos os sentidos, por intermédio da norma EIA/TIA-232, v.35, X.21, HSSI, dentre outros.
Para saber mais sobre DTE e DCE efetue a seguinte leitura.
SAIBA MAIS
O que são: CSU/DSU, DTE e DCE?
Link de acesso: 
http://flexpabx.com.br/blog/?p=589
FRANCO, G. O que são: CSU/DSU, DTE e DCE? FlexPabx, 9 abr. 2016. Disponível em: http://flexpabx.com.br/blog/?p=589. Acesso em: 30 nov. 2020.
Agora que já vimos como os dados são convertidos para o enlace de uma transmissão em uma tecnologia WAN, vamos entender como isso ocorre na camada 3.
A principal função de um roteador é o roteamento, que ocorre na camada de rede, a camada 3.Mas se uma WAN opera nas camadas 1 e 2, então o roteador é um dispositivo de rede local ou de WAN?
A resposta é que ele é os dois, como geralmente ocorre na área de redes. Um roteador pode ser exclusivamente um dispositivo de rede local, pode ser exclusivamente um dispositivo WAN ou pode estar na fronteira entre uma rede local e uma WAN, e ser um dispositivo de rede local e de WAN ao mesmo tempo.
	
Reflita
	
Uma das funções de um roteador em uma WAN é rotear pacotes na camada 3, mas essa também é uma função de um roteador em uma rede local. Portanto, roteamento não está estritamente relacionado à função WAN do roteador.
Quando um roteador usa os padrões e os protocolos das camadas físicas e de enlace que estão associados às WANs, ele opera como um dispositivo WAN. As principais funções na WAN de um roteador, portanto, não são de roteamento, mas oferecer conexões entre os vários padrões físicos e de enlace de dados da WAN.
EXEMPLO:
Um roteador pode ter uma interface ISDN, que usa encapsulamento PPP, e uma interface serial na terminação de uma linha T1, que usa encapsulamento Frame Relay (ODOM, 2016).
Para ampliar seus conhecimentos a respeito do protocolo ponto a ponto – PPP, efetua a seguinte leitura.
ESTUDO GUIADO
Leia da página 372 a 375 do livro 'Redes de computadores e a Internet: uma abordagem top-down', que traz uma abordagem sobre protocolo ponto a ponto – PPP.
CLIQUE NO LINK E LEIA O LIVRO
KUROSE, J.; ROSS, K. W. Redes de computadores e a Internet: uma abordagem top-down. 3. ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2013.
Nessa leitura temos que para acessar as redes de computadores precisamos ter uma infraestrutura adequada, que começamos a estudar a partir de agora.
Muito interessante esse protocolo ponto a ponto (vocês encontrarão peer-to-peer em algumas literatures). Agora vamos conhecer as capacidades de um roteador.
O roteador deve ser capaz de mover um fluxo de bits de um tipo de serviço, como ISDN, para outro, como T1, e mudar o encapsulamento do enlace de dados de PPP para Frame Relay. Vejamos na sequência, alguns dos principais protocolose padrões WAN listados aqui como referência. (TANENBAUM, 2011).
Protocolos e padrões da camada física da WAN
EIA/TIA-232;
EIA/TIA-449;
V.24;
V.35;
X.21;
G.703;
EIA-530;
ISDN;
T1, T3, E1 e E3;
xDSL;
SONET (OC-3, OC-12, OC-48, OC-192).
Protocolos padrões da camada de enlace da WAN
High-level data link control (HDLC);
Frame Relay;
Point-to-Point Protocol (PPP);
Synchronous Data Link Control (SDLC);
Serial Line Internet Protocol (SLIP);
X.25;
ATM;
LAPB;
LAPD;
LAPF.
A figura a seguir, mostra como ficaria a conexão entre roteadores por meio do uso de CSU/DSU.
FIGURA 6 | PROTOCOLO DA CAMADA DE ENLACE DE DADOS DA WAN
Essa figura mostra o protocolo da camada de enlace de dados da WAN. No centro dos modens, um passa dados para outro e, na outra ponta do modem, há um dispositivo conectado.
Hardwares dos roteadores
Componentes internos de um roteador
Embora a arquitetura dos roteadores varie de um modelo para outro, de um fabricante para o outro, vamos agora introduzir os principais componentes internos encontrados. As duas figuras na sequência mostram os componentes internos de alguns modelos de roteadores fabricados pela Cisco Systems (ODOM, 2016).
FIGURA 7 | COMPONENTES INTERNOS DO ROTEADOR 1
Nessa figura temos os componentes internos do roteador 1. 
De um lado consta uma coluna com os seguintes elementos: interface do usuário UART Dual; PCMCIA; Flash; NVRAM; BOOT ROM. Há o barramento de CPU dessa coluna com o System Control ASIC e o M68030 Processador. 
O System Control ASIC liga-se ao DRAM SIMM e o On Board DRAM. O System Control ASIC liga-se a uma coluna presente na direita formada pelos seguintes componentes: SLOTS WIC 2524, 2525; Portal Asnuc 2509-2512; Portal do Hub 2505, 2507, 2512; Ethernet/TR; Portas Wan. 
Dessa coluna, o SLOTS WIC 2524, 2525 liga-se a 3 WICs. Fora desse sistema, mas vinculado a ele, consta a Fonte de alimentação, a daughter Cards e Hub Cards e a Placa de gerenciamento 2517-219.
FIGURA 8 | COMPONENTES INTERNOS DO ROTEADOR 2
Já na figura anterior temos os componentes internos do roteador 2 que são formados por uma infraestrutura da nanotecnologia. 
Os componentes mais comuns, que são encontrados na grande parte dos roteadores, independentemente de modelos e fabricantes são 08. Clique sobre a galeria de imagens a seguir e confira cada um deles com uma visualização de uma imagem que traz sua localização e ligações com outros componentes do roteador:
FIGURA 9 | A CPU EM UM MODELO DE ROTEADOR
A unidade central de processamento (CPU) executa instruções do sistema operacional. Entre essas funções estão a inicialização do sistema, o roteamento e o controle da interface de rede. A CPU é um microprocessador. Inclusive, é comum que os roteadores de maior porte podem ter várias CPUs.
FIGURA 10 | A RAM EM UM MODELO DE ROTEADOR
A memória de acesso aleatório (RAM) é usada para manter informações da tabela de roteamento, para cache de comutação rápida (fast-switching), para manter a configuração em uso e para filas de pacotes. Na maioria dos roteadores, a RAM oferece espaço temporário de armazenamento em tempo de execução para os processos do Cisco IOS e seus subsistemas.
Geralmente, a RAM é dividida, de forma lógica, em memória principal do roteador e memória compartilhada de entrada/saída (E/S). A memória compartilhada de E/S é compartilhada entre as interfaces para armazenamento temporário de pacotes. O conteúdo da RAM é perdido quando a energia é desligada, ou seja, a memória RAM é volátil.
Geralmente, a RAM é uma memória de acesso aleatório dinâmico (DRAM) e pode ser aumentada adicionando-se outros módulos DIMM (Dual In-Line Memory Modules – Módulos de Memória Dual em Linha).
FIGURA 11 | A MEMÓRIA FLASH EM UM MODELO DE ROTEADOR
A memória flash é usada para armazenar uma imagem completa do software Cisco IOS. Normalmente, o roteador carrega o IOS a partir da flash. Essas imagens podem ser atualizadas ao carregar uma nova imagem na memória flash. O IOS pode estar na forma compactada ou não compactada.
Na maioria dos roteadores, uma cópia executável do IOS é transferida para a RAM durante o processo de inicialização do roteador. Em outros roteadores, o IOS pode ser executado diretamente da memória flash.
Adicionar ou substituir módulos SIMM (Single In-Line Memory Modules – Módulos de Memória Simples em Linha) ou cartões PCMCIA pode aumentar a quantidade de memória flash, de forma menos usual.
FIGURA 12 | A MEMÓRIA NVRAM EM UM MODELO DE ROTEADOR
A memória de acesso aleatório não volátil (NVRAM) é usada para armazenar a configuração a ser utilizada na inicialização (startup configuration).
Em alguns dispositivos, a NVRAM é implementada usando memórias somente de leitura programáveis e eletronicamente apagáveis (EEPROMs) separadas. Em outros dispositivos, ela é implementada no mesmo dispositivo flash a partir do qual o código de inicialização (boot code) é carregado. Nos dois casos, esses dispositivos retêm seus conteúdos quando a energia é desligada.
FIGURA 13 | BARRAMENTOS EM UM MODELO DE ROTEADOR
A maioria dos roteadores contém um barramento de sistema e um barramento da CPU.
O barramento de sistema é usado para comunicação entre a CPU e as interfaces e/ou slots de expansão. Esse barramento transfere os pacotes para as interfaces.
O barramento da CPU é usado pela CPU para ter acesso aos componentes de armazenamento do roteador. Esse barramento transfere instruções e dados para endereços de memória especificados ou a partir deles.
FIGURA 14 | A MEMÓRIA SOMENTE DE LEITURA (ROM) EM UM MODELO DE ROTEADOR
A memória somente de leitura (ROM) é usada para armazenar permanentemente o código de diagnóstico de problemas na inicialização (ROM Monitor).
As principais tarefas da ROM são os testes do hardware durante a inicialização do roteador e a carga do software Cisco IOS da memória flash para a RAM.
Alguns roteadores também têm uma versão reduzida do IOS, que pode ser usada como uma fonte alternativa de inicialização.
As ROMs não podem ser apagadas. Elas só podem ser atualizadas substituindo os chips da ROM instalados nos soquetes por outros, desde que isso seja possível.
FIGURA 15 | AS INTERFACES EM UM MODELO DE ROTEADOR
As interfaces são as conexões do roteador com o ambiente externo. Os três tipos de interfaces são: rede local (LAN), rede de longa distância (WAN) e Console/AUX.
Geralmente, as interfaces de rede local são Ethernet ou Token Ring. Essas interfaces têm chips controladores, que fornecem a lógica para conectar o sistema ao meio físico. As interfaces de rede local podem ser de configuração fixa ou modular.
As interfaces WAN incluem as seriais, as ISDN e as que têm uma CSU (Channel Service Unit) integrada. Assim como as interfaces de rede local, as interfaces WAN também têm chips controladores especiais para as interfaces. As interfaces WAN podem ser de configuração fixa ou modular.
As portas de Console/AUX são portas seriais usadas principalmente para a configuração inicial do roteador. Essas portas não são portas de rede. Elas são usadas para sessões de terminal a partir das portas de comunicação do computador ou por meio de um modem.
FIGURA 16 | FONTE DE ALIMENTAÇÃO EM UM MODELO DE ROTEADOR
A fonte de alimentação fornece a energia necessária para operar os componentes internos. Os roteadores de maior porte podem usar fontes de alimentação múltiplas ou modulares.
Em alguns dos roteadores de menor porte, a fonte de alimentação pode ser externa.
Esses elementos estudados, envolvendo a CPU, memórias de barramentos, interfaces e fontes, são importantes para entendermos as características físicas de um roteador.
Características físicas de um roteador
Os roteadores têm por características físicas conter interruptor, portas de gerenciamento, interfaces LAN e WAN, slots de expansão, além de outros elementos eletrônicos.
A videoaula na sequência traz uma abordagem sobre os componentes internos e conexões externas de um roteador e também boas práticas relacionadas.
VIDEOAULAPudemos conhecer pelo recurso acima, os componentes internos de um roteador, bem como as suas conexões externas.
Conexões das portas de gerenciamento
A porta de console e a porta auxiliar (AUX) de um roteador são portas de gerenciamento. Essas portas seriais assíncronas não foram projetadas como portas de rede. Uma dessas duas portas é necessária para realizar a configuração inicial do roteador. A porta de console é recomendada para essa configuração inicial. Nem todos os roteadores têm uma porta auxiliar para essa finalidade.
Quando o roteador entra em funcionamento pela primeira vez, nenhum parâmetro da rede está configurado, conforme nos mostra a seguinte figura.
FIGURA 17 | CONEXÃO DA CONSOLE A UM COMPUTADOR OU TERMINAL
Nessa figura temos a conexão da console a um computador ou terminal. Utiliza-se, além da porta do console, cabo rollover, conector RJ-45, Adaptador RJ-45 para DB-9 e isso liga-se ao computador.
Vale ressaltar que o roteador não pode se comunicar com nenhuma rede. Para configurá-lo para a inicialização e configuração iniciais, devemos conectar um terminal ASCII RS-232, ou um computador que emule um terminal ASCII, na porta de console do sistema. Assim, é possível inserir os comandos de configuração do roteador.
	
Uma vez inserida essa configuração...
	
Inicial no roteador por meio da porta de console ou da porta auxiliar, o roteador poderá ser conectado à rede para fins de solução de problemas ou monitoramento (ODOM, 2016).
O roteador também pode ser configurado de forma remota, pela porta de configuração usando o Telnet em uma rede IP, ou discando para um modem conectado à porta de console ou à porta auxiliar do roteador. Em virtude dos avanços tecnolológicos, atualmente, essa funcionalidade de discagem está praticamente fora de utilização (COMER, 2016), conforme figura a seguir.
FIGURA 18 | CONEXÃO DO MODEM À CONSOLE OU PORTA AUXILIAR
A figura anterior mostra a conexão do modem à console ou porta auxiliar. Tem-se a porta auxiliar conectada ao um cabo rollover que tem conectores RJ-45 e numa dessas pontas, a que será conectada ao modem, usa-se adaptador RJ-45 para DB-25.
	
Atenção!
	
Para a busca e solução de problemas, também é preferível usar a porta de console em vez da porta auxiliar. Isso porque ela mostra, por default, as mensagens de inicialização, depuração e de erros do roteador.
A porta de console também pode ser usada quando os serviços de rede não tiverem sido iniciados ou tiverem alguma falha. Assim, a porta de console pode ser usada para procedimentos de recuperação de desastres e recuperação de senhas, por exemplo.
Conectando as interfaces de console
A porta de console é uma porta de gerenciamento usada para fornecer acesso fora de banda (out-of-band) ao roteador. A referida porta é usada para a configuração inicial do roteador, para monitoramento e para procedimentos de recuperação de desastres, conforme figura a seguir.
FIGURA 19 | CONECTORES DO ROTEADOR 2600 DA CISCO
Essa figura mostra portas seriais, portas fast Ethernet, porta console, porta auxiliar, chave de força, conexão de cabo de alimentação.
Um cabo de console ou também conhecido como rollover, e um adaptador RJ-45/DB-9 são usados para conectar a porta de console a um PC, conforme ilustra a figura que segue.
FIGURA 20 | CONECTANDO A PORTA DE CONSOLE A UM PC
Nessa figura temos a porta auxiliar conectada a um cabo rollover, que tem conectores RJ-45; em uma dessas pontas, a que será conectada ao computador, usa-se adaptador RJ-45 para DB-9.
Conexão de console
A Cisco fornece o adaptador necessário para conectar-se à porta de console. O PC ou terminal precisa suportar a emulação de terminal VT100. Geralmente, são utilizados softwares de emulação de terminal, tais como o HyperTerminal (ODOM, 2016), conforme mostra a seguinte figura.
FIGURA 21 | PROPRIEDADES DE SESSÃO DO HYPERTERMINAL
Vemos nessa figura as propriedades de sessão do HyperTerminal. Caixa COM1 properties. Port Setting. Bits per second:9600, Data bits:8, Parity: none, stop bits:1, Flow control: none. 
Para conectar um PC a um roteador, temos:
· no software de emulação de terminal do PC, a seguinte configuração:
 Porta COM correta;
 9600 baud;
 8 bits de dados;
 Sem paridade;
 1 bit de parada;
 Sem fluxo de controle.
· O conector RJ-45 do cabo rollover conectado à porta de console do roteador.
· A outra ponta do cabo rollover conectada ao adaptador RJ-45/DB-9.
· O adaptador DB-9 fêmea conectado a um PC.
Na maioria dos ambientes de rede local, o roteador é conectado à rede local, usando uma interface Ethernet, Fast Ethernet ou Gigabit Ethernet.
	
Atenção!
	
O roteador é um host que se comunica com a rede local através de um hub ou de um switch. Para fazer essa conexão, é usado um cabo direto.
Em alguns casos, a interface Ethernet do roteador é conectada diretamente ao computador ou a outro roteador. Para esse tipo de conexão, é necessário um cabo cruzado (crossover).
Em qualquer conexão ao roteador, a interface a utilizar deverá ser a correta.
Se for usada uma interface incorreta, o roteador ou os outros dispositivos de rede podem ser danificados. Muitos tipos diferentes de conexões usam o mesmo tipo de conector. Por exemplo, as interfaces Ethernet, ISDN BRI, Console, AUX com CSU/DSU integrados e Token Ring usam o mesmo conector de oito pinos: RJ-45, RJ-48 ou RJ-49.
Para ajudar a diferenciar as conexões do roteador e identificar a utilização dos conectores corretos, a Cisco utiliza um esquema de código de cores. O quadro a seguir mostra alguns deles para um roteador da série 2600.
QUADRO 1 | CONEXÕES UTILIZANDO CONECTORES DE 8 PINOS EM ROTEADORES CISCO DA SÉRIE 2600
	PORTA OU CONEXÃO
	TIPO DE PORTA
	CORES
	CONECTADO A
	CABO
	Ethernet
	RJ-45
	amarelo
	Hub Ethernet ou switch Ethernet
	Direto
	T1/E1 WAN
	RJ-48C/CA81A
	verde claro
	Rede T1 ou E1
	RJ-48 T1
	Console
	8 pinos
	azul claro
	Porta COM do computador
	Rollover
	AUX
	8 pinos
	preto
	Modem
	Rollover
	
BRI S/T
	
RJ-48C/CA81A
	
laranja
	Dispositivo NT1 ou provate integrated network exchange (PINX)
	
RJ-48
	BRI U WAN
	RJ-49C/CA11A
	laranja
	Rede ISDN
	RJ-49
	TOKEN
	UTP, STP
	roxo
	Dispositivo Token Ring
	Cabo RJ-45 Token Ring
ELABORADO PELO AUTOR
Nesse quadro temos conexões utilizando conectores de 8 Pinos em roteadores Cisco da série 2600.
Conectando as interfaces WAN
Uma WAN estabelece conexões de dados por meio de uma ampla área geográfica, usando muitos tipos diferentes de tecnologia. Esses serviços WAN geralmente são alugados de provedores de serviços, que possuem a outorga da agência regulatória, a Agência Nacional de Telecomunicações (Anatel), para oferecer esses serviços. Os principais tipos de conexão WAN são:
· Conexões por linhas alugadas – Linha privativa de comunicação de dados (LPCD), também conhecido atualmente como Serviço de linha dedicado digital (SLDD);
· Conexões comutadas por circuitos; e
· Conexões comutadas por pacotes (FOROUZAN, 2008).
A figura a seguir mostra esses tipos de conexões WAN.
FIGURA 22 | TIPOS DE WANS
Para cada tipo de serviço WAN, o equipamento instalado no cliente – Customer Premises equipment (CPE), geralmente um roteador, é o Data Terminal Equipment (DTE) ou Equipamento Terminal de Dados. Eles são conectados ao provedor de serviços usando um dispositivo Data Circuit-Terminating Equipment (DCE) ou equipamento de terminação do circuito de dados, geralmente um modem ou uma unidade de serviço de canal/dados (CSU/DSU). Esse dispositivo é usado para converter os dados do DTE em uma forma compreensível para o provedor de serviços de WAN (FOROUZAN, 2008; ODOM, 2016).
Entre as interfaces do roteador mais utilizadas para os serviços WAN estão as interfaces seriais. Para selecionar o cabo serial adequado, basta saber as respostas para determinadas pergunas, conforme apresentado na sequência.
Introdução aos switches Funções dos switches Ethernet
Um switch é um dispositivo que conecta segmentos de rede local usando uma tabela de endereços MAC para determinar o segmento para onde um quadro (ou frame)precisa ser transmitido. Tanto os switches quanto as bridges operam na Camada 2 do modelo OSI.
Na figura a seguir, vemos a camadas do modelo OSI, bem como as principais funcionalidades da camada de enlace de dados ou camada 2.
FIGURA 23 | COMUTAÇÃO DA CAMADA 2
Nessa figura temos a comutação da camada 2. O switch é um hardware de camada 2 ou camada de enlace de dados.
Os switches também são chamados de bridges multiportas, hubs de comutação ou comutadores.
Os switches tomam decisões com base nos endereços MAC e, portanto, são dispositivos associados à Camada 2. Na figura que segue, encontramos o conceito de comutação da camada 2 (ODOM, 2016).
FIGURA 24 | COMUTAÇÃO DA CAMADA 2
Nessa figura temos a comutação da camada 2. O switch provê a conectividade entre os segmentos de redes A e B.
	
Atenção!
	
Em comparação, os hubs regeneram os sinais da Camada 1 e os transmitem por todas as portas sem tomar qualquer decisão. Como um switch tem a capacidade de tomar decisões de escolha de caminhos, a rede local fica muito mais eficiente.
 
Exemplo
Geralmente, em uma rede Ethernet, as estações de trabalho estão conectadas diretamente ao switch.
Na sequência apresentamos uma comparação entre switches e hubs.
Os switches “aprendem” quais hosts estão conectados a uma porta por intermédio da leitura do endereço MAC de origem nos quadros; e abrem um circuito virtual apenas entre os nós de origem e de destino, o que confina a comunicação a essas duas portas, sem afetar o tráfego nas outras portas.
Em comparação, um hub encaminha os dados por todas as portas, de maneira que todos os hosts veem e precisam processar esses dados, mesmo que não sejam destinados a eles.
Na figura a seguir, podemos observar um modelo de switch da Cisco da série 2960 (ODOM, 2016).
FIGURA 25 | SWITCH DA CISCO
Exemplo
As redes locais de alto desempenho geralmente são todas compostas por switches.
A figura que segue demonstra a segmentação de LANs.
FIGURA 26 | POR QUE SEGMENTAR LANS?
Nessa figura temos uma segmentação de LANS. Normalmente as LANs são segmentadas para, entre outros motivos, limitar a disseminação de broadcasts em uma rede local e consiste em inserir dispositivos na rede que bloqueiam a passagem de pacotes de broadcasts, quando atravessam suas interfaces.
	
Um switch concentra a conectividade,...
	
Tornando a transmissão de dados mais eficiente. Os quadros são comutados das portas de entrada para as portas de saída. Cada porta ou interface pode oferecer toda a largura de banda da conexão ao host.
Em um hub Ethernet típico, todas as portas se conectam a um backplane ou conexão física comum dentro do hub, e todos os dispositivos conectados ao hub compartilham a largura de banda da rede. Se duas estações estabelecerem uma sessão que use um nível significativo de largura de banda, o desempenho de rede de todas as outras estações conectadas ao hub sofrerão degradação.
Para reduzir a degradação, o switch trata cada interface como um segmento individual. Quando estações em diferentes interfaces precisam se comunicar, o switch encaminha quadros na velocidade do fio de uma interface para a outra, para garantir que cada sessão receba toda a largura de banda (ODOM, 2016).
Cabe destacar que um hub Ethernet permite que vários computadores possam acessar uma rede de computadores a partir de um único ponto. Convido você a complementar seus estudos sobre hub Ethernet por meio da seguinte leitura.
Saiba mais
O que é um Hub Ethernet
Link de acesso:
http://ptcomputador.com/Networking/ethernet/66353.html
PTCOMPUTADOR. O que é um Hub Ethernet? [s.d.]. Disponível em: http://ptcomputador.com/Networking/ethernet/66353.html. Acesso em: 24 fev. 2021.
Interessante com o Hub trabalha, não é mesmo? Os gargalos que ele enfrenta, atualmente são superados com os switches, que veremos a seguir.
As principais características dos switches Ethernet são:
Isolar tráfego entre segmentos;
Alcançar maior largura de banda por usuário criando domínios de colisão menores.
A primeira característica, isolar o tráfego entre segmentos, proporciona maior segurança para os hosts da rede.
Cada segmento usa o método de acesso CSMA/CD para manter o fluxo de tráfego de dados entre os usuários desse segmento. Essa segmentação permite que vários usuários enviem informações ao mesmo tempo em diferentes segmentos, sem que a rede fique mais lenta. A próxima figura ilustra a segmentação com switches (FOROUZAN, 2008; ODOM, 2016).
FIGURA 27 | CADA SEGMENTO USA O MÉTODO DE ACESSO CSMA/CD PARA MANTER O FLUXO DE TRÁFEGO DE DADOS ENTRE OS USUÁRIOS DESSE SEGMENTO. ESSA SEGMENTAÇÃO PERMITE QUE VÁRIOS USUÁRIOS ENVIEM INFORMAÇÕES AO MESMO TEMPO EM DIFERENTES SEGMENTOS SEM QUE A REDE FIQUE MAIS LENTA. ENCONTRAMOS, NA FIGURA A SEGUIR, A SEGMENTAÇÃO COM SWITCHES. (FOROUZAN, 2008; ODOM, 2016).
Nessa figura temos a segmentação com switches LAN, com um swith no centro conectado, via rede, a vários computadores. Para ampliar seus conhecimentos relativos ao CSMA ou Acesso múltiplo com detecção de portadora, efetue a seguinte leitura.
ESTUDO GUIADO
Leia das páginas 344 a 346 do livro 'Redes de computadores e a Internet: uma abordagem top-down', que traz uma abordagem sobre o CSMA ou Acesso múltiplo com detecção de portadora.
CLIQUE NO LINK E LEIA O LIVRO
KUROSE, J.; ROSS, K. W. Redes de computadores e a Internet: uma abordagem top-down. 6. ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2013.
FIGURA 28 | DOMÍNIOS DE COLISÃO
Vemos nessa figura o conteúdo de domínio de colisão. Numa rede de computadores, o domínio de colisão é uma área lógica em que os pacotes podem colidir uns contra os outros, em particular no protocolo Ethernet. Quanto mais colisões ocorrerem, menor será a eficiência da rede.
A segunda principal característica de um switch é chamada de microssegmentação.
A microssegmentação permite a criação de segmentos de rede dedicados com um host por segmento. Cada host recebe acesso a toda a largura de banda e não tem que competir pela largura de banda disponível com outros hosts. Os servidores mais utilizados podem então ser colocados em links individuais de 100 Mbps.
Exemplo
Geralmente, nas redes atuais, um switch Fast Ethernet atua como backbone da rede local e os hubs Ethernet, switches Ethernet ou hubs Fast Ethernet fornecem as conexões dos desktops nos grupos de trabalho.
Conforme se popularizem novos aplicativos mais exigentes, tais como multimídia ou videoconferência, certos computadores desktop individuais terão links dedicados de 100 Mbps com a rede (FOROUZAN, 2008; ODOM, 2016). Na figura a seguir, observamos algumas vantagens do switching.
FIGURA 29 | VANTAGENS DO SWITCHING
Podemos observar que entre as vantagens do switching estão o número menor de colisões; comunicações múltiplas, simultâneas; uplinks de alta velocidade; melhor resposta de rede; maior profundidade para o usuário.
Modos de transmissão de quadros
A próxima figura apresenta os três principais modos de transmissão de quadros.
FIGURA 30 | MODO DE TRANSMISSÃO DE QUADROS
Nessa figura temos o modo de transmissão de quadros, em que encontramos o modo padrão e que não há verificação de erros, depois temos o modo de latência baixa, na qual é feita a verificação de colisões e filtragem da maioria dos erros. Temos também o modo de latência alta, em que todos os erros são filtrados.
Na sequência, destacamos os tipos de comutações realizadas por switch com seus pontos fortes e fracos:
· Cut-through: um switch que realiza comutação cut-through somente lê o endereço de destino ao receber o quadro. O switch começa a encaminhar o quadro antes que esse chegue por completo. Esse modo diminui a latência da transmissão, mas tem uma detecção de erros ruim. Há duas formas de comutação cut-through: 
Fast-forward: este tipo de comutação oferece o nível mais baixo de latência, encaminhando imediatamente um pacote após receber o endereço de destino. A latência é medida a partir do primeiro bit recebido até o primeiro bit transmitido, ou seja, o primeiro a entrar é o primeiroa sair (FIFO – first in first out). Esse modo tem uma detecção de erros ruim na comutação de rede local;
Fragment-free: este tipo de comutação filtra e elimina os fragmentos de colisão que constituem a maior parte dos erros de pacote, antes de iniciar o encaminhamento. Geralmente, os fragmentos de colisão são menores do que 64 bytes. A comutação fragment-free aguarda até que seja determinado que o pacote recebido não é um fragmento de colisão antes de encaminhá-lo. A latência também é medida como FIFO.
· Store-and-forward: todo o quadro é recebido antes de ser encaminhado. Os endereços de destino e de origem são lidos e os filtros são aplicados antes que o quadro seja encaminhado. A latência ocorre enquanto o quadro está sendo recebido. A latência é maior com quadros maiores, pois todo o quadro precisa ser recebido antes que o processo de comutação comece. O switch tem tempo para verificar se há erros, o que proporciona maior detecção de erros (CCNA, 2016);
· Adaptive cut-through: esse modo de transmissão é um modo híbrido que combina cut-through e store-and-forward. Neste modo, o switch usa cut-through até detectar uma determinada quantidade de erros. Uma vez atingido o limiar de erros, o switch muda para o modo store-and-forward.
Na comutação cut-through, a velocidade de encaminhamento de quadros é acompanhada pela capacidade de verificação de erros, porque o cut-trough adaptativo verifica os erros em cada porta e detecta o melhor modo de encaminhamento. Conceito esse que é representado na figura a seguir.
FIGURA 31 | CUT-THROUGH ADAPTATIVO
O cut-through é um recurso inteligente que descobre o melhor caminho de encaminhamento, contudo ele não é o único recurso "inteligente". Vamos conhecer outros a partir de agora.
Como os switches e as bridges "aprendem" os endereços
As bridges e os switches só encaminham quadros que precisam trafegar de um segmento da rede local para outro. Para realizar essa tarefa, eles precisam aprender quais dispositivos estão conectados a qual segmento da rede local.
Na figura que segue, exemplificamos essa conexão entre dois segmentos.
FIGURA 32 | CONECTANDO DOIS SEGMENTOS DE REDES LOCAIS COM UMA BRIDGE
Nessa figura, temos a conexão de dois segmentos de redes locais com uma bridge.
Uma bridge é considerada um dispositivo inteligente, pois pode tomar decisões com base nos endereços MAC.
Para uma bridge tomar decisão com base nos endereços MAC, ela consulta uma tabela de endereços. Quando uma bridge é ligada, são transmitidas mensagens de broadcast, pedindo que todas as estações no segmento local da rede respondam. Conforme as estações devolvem a mensagem de broadcast, a bridge constrói uma tabela de endereços locais. Esse processo é chamado de “aprendizagem” (ODOM, 2016).
As bridges e os switches aprendem da seguinte maneira:
1) Lendo o endereço MAC de origem de cada quadro ou datagrama recebido;
2) Gravando a porta na qual o endereço MAC foi recebido. Dessa forma, a bridge ou o switch aprendem quais endereços pertencem aos dispositivos conectados a cada porta;
3) Os endereços aprendidos e a respectiva porta ou interface são armazenados na tabela de endereçamento. A bridge examina o endereço de destino de todos os quadros recebidos;
4) Em seguida, ela rastreia a tabela de endereços em busca do endereço de destino.
A tabela de comutação é armazenada na CAM (Content Addressable Memory). Nesse tipo de memória, o conteúdo é acessado rapidamente. A CAM é usada em aplicações de comutação para realizar as seguintes funções:
Para extrair e processar as informações de endereço dos pacotes de dados de entrada;
Para comparar o endereço de destino com uma tabela de endereços armazenada nela.
A CAM armazena os endereços MAC dos hosts e os respectivos números de porta. A CAM compara o endereço MAC de destino recebido com o conteúdo da tabela da CAM (ODOM, 2016);
5) Se a comparação resultar em uma correspondência, a porta é fornecida e o controle de roteamento encaminha o pacote para a porta e para o endereço corretos.
A próxima figura ilustra o switch utilizando CAM.
FIGURA 33 | SWITCH DA REDE UTILIZANDO CAM
O switch trabalha com os endereços, principalmente relativos ao processo de aprendizagem, conforme veremos a seguir.
	
Um switch Ethernet pode aprender...
	
O endereço de cada dispositivo da rede lendo o endereço de origem de cada quadro transmitido e observando a porta por onde o quadro entrou no switch. O switch então adiciona essas informações ao seu banco de dados de encaminhamento. Os endereços são aprendidos de forma dinâmica. Isso significa que, enquanto os novos endereços são lidos, eles são aprendidos e armazenados na CAM. Quando um endereço de origem não é encontrado na CAM, ele é aprendido e armazenado para uso futuro (FOROUZAN, 2008; ODOM, 2016).
Cada vez que um endereço é armazenado, o horário é registrado. Isso permite que os endereços sejam armazenados por um determinado período. Cada vez que um endereço é consultado ou encontrado na CAM, ele recebe um novo registro de horário. Os endereços que não forem consultados durante um determinado período são removidos da lista. Ao remover endereços antigos ou obsoletos, a CAM mantém um banco de dados de encaminhamento preciso e funcional.
O que ocorre depois que um endereço se relaciona com a CAM?
Para obter a resposta a esse questionamento, clique na imagem a seguir e confira.
Como os switches e as bridges filtram quadros
A maior parte das bridges (ou switches) é capaz de filtrar quadros com base em qualquer campo de quadro da Camada 2.
Exemplo
Por exemplo, uma bridge pode ser programada para rejeitar, não encaminhar, todos os quadros cuja origem seja uma determinada rede.
Como as informações da camada de enlace geralmente incluem uma referência a um protocolo de camada superior, normalmente as bridges podem filtrar com esse parâmetro. Além disso, os filtros podem ser úteis para lidar com pacotes desnecessários de broadcast e multicast (ODOM, 2016).
Assim que a bridge termina de construir a tabela de endereços locais, ela está pronta para operar. Ao receber um quadro, ela examina o endereço de destino. Se o endereço do quadro for local, a bridge o ignora. Se o quadro for endereçado a outro segmento da rede local, a bridge copia o quadro para o segundo segmento.
· O processo de a bridge ignorar um quadro é chamado de “filtragem”;
· O processo de a bridge copiar um quadro é chamado de “encaminhamento”.
Cabe destacar que há 2 tipos de filtragem: a filtragem básica e filtragem em endereços específicos.
	
Filtragem básica
	
A filtragem básica mantém os quadros locais no mesmo local e envia os quadros remotos para outro segmento da rede local.
	
Filtragem em endereços específicos
	A filtragem em endereços específicos de origem e destino executa as seguintes ações:
· Impede que uma estação envie quadros para fora do seu segmento local da rede local;
· Para todos os quadros 'externos' destinados a uma determinada estação, restringindo assim as outras estações com as quais ele pode se comunicar.
Os dois tipos de filtragem proporcionam certo controle sobre o tráfego inter-redes e podem oferecer melhor segurança.
A maioria das bridges Ethernet pode filtrar quadros de broadcast e multicast. As bridges e os switches que podem filtrar quadros com base nos endereços MAC também podem ser usados para filtrar quadros Ethernet por endereços de multicast e broadcast. Essa filtragem é obtida por meio da implementação de redes locais virtuais ou VLANs.
	As VLANs permitem que os...
	administradores de rede evitem a transmissão de mensagens de multicast e broadcast desnecessárias por meio de uma rede.
Às vezes, um dispositivo apresenta defeito e envia continuamente quadros de broadcast, que são copiados ao redor da rede. (FOROUZAN, 2008; ODOM, 2016). Isso é chamado de “tempestade de broadcasts” e pode reduzir significativamente o desempenho da rede. Uma bridge que possa filtrar quadros de broadcast reduz os danos causados por uma “tempestade de broadcasts”.
Convido você a aprofundar seusconhecimentos a respeito disso, por meio da seguinte leitura.
ESTUDO GUIADO
Leia as páginas 16 a 18 do livro 'Redes de Computadores', que traz uma abordagem sobre VPNs.
CLIQUE NO LINK E LEIA O LIVRO
TANENBAUM, A. S., WETHERALL, D. Redes de Computadores. 5. ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2011.
Vimos um importante tópico relacionado ao tratamento de protocolos padrões, que são as VPNs. Agora, vamos conhecer outras maneiras de demarcações existentes.
Atualmente, as bridges também são capazes de filtrar, de acordo com o protocolo da camada de rede, a camada 3. Isso torna menos nítida a demarcação entre bridges e roteadores. Um roteador opera na camada de rede usando um protocolo de roteamento para orientar o tráfego ao redor da rede. Uma bridge que implemente técnicas avançadas de filtragem geralmente é chamada de "brouter". Os brouters realizam filtragem observando as informações da camada de rede, mas não usam um protocolo de roteamento (ODOM, 2016).
Destacamos a seguir algumas potencialidades dos switches:
· Alguns switches são capazes de filtrar quadros baseados em campos da camada 2 que não sejam o endereço de destino;
· Os switches Ethernet que podem filtrar baseados em endereços MAC podem ser usados para filtrar quadros broadcast e multicast;
· Atualmente, os switches são também capazes de filtrar de acordo com o protocolo da camada de rede (Camada 3).
Por que segmentar as redes locais?
Há duas razões principais para a segmentação de uma rede local. A primeira é para isolar o tráfego entre os segmentos. A segunda é para alcançar mais largura de banda por usuário, criando domínios de colisão menores. Na figura a seguir, vemos a microssegmentação
FIGURA 34 | MICROSSEGMENTAÇÃO.
A microssegmentação permite que as organizações dividam logicamente a redes em segmentos distintos até o nível de carga de trabalho individual e possam definir os controles de segurança e forneçam serviços para cada segmento único.
	
Reflita
	
Sem segmentação, as redes locais com mais do que um pequeno grupo de trabalho rapidamente poderiam ficar obstruídas com o tráfego e as colisões.
A segmentação da rede local pode ser implementada por meio da utilização de bridges, switches e roteadores. Cada um desses dispositivos tem seus prós e contras.
Com o acréscimo de dispositivos como bridges, switches e roteadores, a rede local é segmentada em diversos domínios de colisão menores. No exemplo mostrado, foram criados quatro domínios de colisão, conforme ilustra a figura na sequência. Bridges, switches e roteadores dividem domínios de colisão (ODOM, 2016).
FIGURA 35 | DOMÍNIOS DE COLISÃO
Ao dividir redes extensas em unidades autocontidas, as bridges e os switches oferecem muitas vantagens. As bridges e os switches diminuem o tráfego observado pelos dispositivos em todos os segmentos conectados, porque apenas uma determinada porcentagem do tráfego é encaminhada. Também reduzem o domínio de colisão, mas não o domínio de broadcast. Esse processo é representado pela próxima figura.
FIGURA 36 | MICROSSEGMENTAÇÃO DA REDE
Cada interface do roteador se conecta a uma rede diferente. Assim, a inserção de um roteador em uma rede local cria domínios de colisão menores e domínios de broadcast menores. Isso ocorre porque os roteadores não encaminham broadcasts, a menos que sejam programados para tal.
	
Um switch emprega 'microssegmentação' para...
	
Reduzir o domínio de colisão de uma rede local. O switch faz isso criando segmentos de rede dedicados ou conexões ponto a ponto. Ele conecta esses segmentos em uma rede virtual dentro do switch.
Esse circuito de rede virtual existe apenas quando dois nós precisam se comunicar. É chamado de circuito virtual, pois existe apenas quando necessário e é estabelecido dentro do switch (FOROUZAN, 2008; ODOM, 2016).
Switches e domínios de colisão
A videoaula a seguir mostra como ocorrem as colisões de comunicação em uma rede, efeitos e como diminuí-las.
VIDEOAULA (SWITCHES E DOMÍNIOS DE COLISÃO)
Apesar de ocorrerem essas colisões, elas são menores do que quando os primeiros dispositivos foram utilizados.
Switches e domínios de broadcast
Apresentamos, na sequência, os três tipos de comunicação que ocorrem quando utilizamos switches em uma rede.
A maneira mais comum de comunicação é por transmissões unicast. Em uma transmissão unicast, um transmissor tenta alcançar um receptor.
Outra forma de comunicação é conhecida como transmissão multicast, que ocorre quando um transmissor tenta alcançar apenas um subconjunto ou grupo de todo o segmento.
A última forma de comunicação é por broadcast. O broadcast é quando um transmissor tenta alcançar todos os receptores da rede. A estação servidora envia uma mensagem e todos que estão nesse segmento recebem a mensagem (ODOM, 2016).
Quando um dispositivo quer enviar um broadcast de Camada 2, o endereço MAC de destino no quadro é definido como apenas 1 segundo. Um endereço MAC apenas com 1 segundo é FF:FF:FF:FF:FF:FF em hexadecimal. Definindo o destino com esse valor, todos os dispositivos aceitam e processam o quadro enviado por broadcast.
	
O domínio de broadcast na...
	
Camada 2 é chamado de domínio de broadcast MAC. O domínio de broadcast MAC consiste em todos os dispositivos da rede local que recebem broadcasts de quadros enviados por um host a todas as outras máquinas da rede local (ODOM, 2016).
FIGURA 37 | DOMÍNIOS DE SWITCHES E DE BROADCAST
Um switch é um dispositivo de Camada 2. Quando um switch recebe um broadcast, ele o encaminha para todas as portas do switch, exceto a porta de entrada. Cada dispositivo conectado deve processar o quadro de broadcast, o que resulta em diminuição da eficiência da rede, pois a largura de banda disponível é usada para fins de broadcast, conforme ilustra a seguinte figura.
FIGURA 38 | DOMÍNIOS DE SWITCHES E DE BROADCAST
O resultado geral é uma redução da largura de banda disponível. Isso ocorre porque todos os dispositivos no domínio de broadcast precisam receber e processar o quadro de broadcast (ODOM, 2016).
Comunicação entre switches e estações de trabalho
Quando uma estação de trabalho se conecta a uma rede local, ela não se preocupa com os outros dispositivos que estão conectados ao meio físico da rede local. A estação de trabalho simplesmente transmite os quadros de dados usando uma placa de rede ou adaptador de rede, para o meio que compõe a rede.
Ela poderia estar conectada diretamente a outra estação de trabalho usando um cabo cruzado ou crossover. Os cabos cruzados são usados para conectar os seguintes dispositivos:
· Estação de trabalho a estação de trabalho;
· Switch a switch;
· Switch a hub;
· Hub a hub;
· Roteador a roteador;
· Roteador a PC.
Essas conexões são ilustradas pela figura que segue:
FIGURA 39 | OS COMPUTADORES E A REDE
Essa figura um mostra computador ligado, via cabo, aos dispositivos mencionados anteriormente, envolvendo o desktop, switch, hub, roteador, entre outros.
Já os cabos diretos são usados para conectar os seguintes dispositivos
· Switch a roteador;
· Switch a estação de trabalho ou servidor;
· Hub a estação de trabalho ou servidor.
Conforme já vimos aqui, os switches são dispositivos da Camada 2 que usam inteligência para aprender os endereços MAC dos dispositivos conectados às suas portas. Esses dados são inseridos em uma tabela de comutação. Uma vez preenchida a tabela, o switch pode ler o endereço MAC de destino de um quadro de dados de entrada em uma porta e encaminhá-lo imediatamente (ODOM, 2016), conforme a seguinte figura.
FIGURA 40 | OS SWITCHES E A REDE
A figura anterior mostra um computador ligado aos dispositivos mencionados anteriormente e como as informações são distribuídas.
Vale ressaltar que até que um dispositivo transmita, o switch não sabe seu endereço MAC, conforme nos mostra a figura a seguir.
FIGURA 41 | COMUNICAÇÃO ATRAVÉS DE UM ÚNICO SWITCH
Os switches oferecem significativa escalabilidade em uma rede e podem ser conectados diretamente.
A próxima figura ilustra uma situação de transmissão de quadro utilizandouma rede com vários switches.
FIGURA 42 | REDE COM VÁRIOS SWITCHES
A figura ilustra uma situação de transmissão de quadro utilizando uma rede com vários switches.
SÍNTESE
Para recordar importantes pontos estudados nesta unidade, preparamos o podcast a seguir e os recursos slides presentes na sequência. Lembre-se de reler a unidade, rever os vídeos e podcast nela presentes para assimilação correta do conteúdo e, com base nisso, conseguir saber que decisões tomar em uma arquitetura de rede.
PODCAST
Algumas questões que esperamos que você saiba responder após os estudos desta unidade:
1. Em relação às tecnologias mais antigas de redes locais, geralmente quais eram as infraestruturas utilizadas?
RESPOSTA: Thick Ethernet ou Thin Ethernet.
2. Qual é a arquitetura mais comum de redes locais para o transporte de dados entre dispositivos em uma rede?
RESPOSTA: É a Ethernet.
3. Uma rede pode ser dividida em unidades menores. Como denominamos essa divisão? 
RESPOSTA: Segmentos.
4. Qual é a finalidade da segmentação?
RESPOSTA: Por meio dos switchs, temos a função de segmentar a rede local, separando-a em vários segmentos com domínios de colisão separados. Esse processo é feito pela filtração de frames Ethernet pelo endereço MAC.
5. Qual a finalidade da comutação de redes locais?
RESPOSTA: A comutação de redes locais diminui a escassez de largura de banda.
6. Quais são os modos de comutação existentes?
RESPOSTA: Os dois modos de comutação são store-and-forward e cut-through.
7. Quais são as duas formas de comutação cut-though?
RESPOSTA: São o fast-forward e fragment-free.
8. Qual a finalidade da utilização de um switch e de uma bridge em uma rede?
RESPOSTA: Um switch é um dispositivo de rede que seleciona um caminho ou circuito para enviar um quadro ao seu destino. Tanto os switches como as bridges operam na camada 2 do modelo OSI.
Depois de respondê-la em suas anotações de estudos, confira as respostas no slide a seguir.
Caso você tenha aprofundado suas respostas a essas questões, excelente. Continue assim e bons estudos.
Chegamos, assim, ao final dos estudos desta unidade. Veja a seguir o webstorie como os principais pontos abordados.
TÓPICO 02
Referências Bibliográficas
COMER, D. Redes de computadores e Internet. 6. ed. São Paulo: Bookman, 2016.
FONSECA, W. O que é cache? TechMundo, 26 ago. 2008. Disponível em: https://www.tecmundo.com.br/navegador/201-o-que-e-cache-.htm. Acesso em: 30 nov. 2020.
FOROUZAN, B. A. Comunicação de dados e redes de computadores. 4. ed. São Paulo: McGraw-Hill, 2008.
FRANCO, G. O que são: CSU/DSU, DTE e DCE? FlexPabx, 9 abr. 2016. Disponível em: http://flexpabx.com.br/blog/?p=589. Acesso em: 30 nov. 2020.
INSTITUTO FEDERAL SANTA CATARINA – IFSC. IER60808: Segmentação de LANs e VLANs. Wikipédia, [s.d.]. Disponível em: https://wiki.sj.ifsc.edu.br/index.php/IER60808:_Segmenta%C3%A7%C3%A3o_de_LANs_e_VLANs. Acesso em: 24 fev. 2021.
KUROSE, J. & ROSS, K. W. Redes de computadores e a Internet: uma abordagem top-down. 6. ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2013.
MORIMOTO, C. E. Buffer. Hardware.com.br, 26 jun. 2005. Disponível em: https://www.hardware.com.br/termos/buffer. Acesso em: 30 nov. 2020.
ODOM, W. CCNA Routing and Switching 200-125 – Official Cert Guide Library. Indiana: Cisco Press, 2016.
PTCOMPUTADOR. O que é um Hub Ethernet? [s.d.]. Disponível em: http://ptcomputador.com/Networking/ethernet/66353.html. Acesso em: 24 fev. 2021.
SOARES, L. F. G. et al. Redes de computadores: das LANs, MANs e WANs às redes ATM. Rio de Janeiro: Campus, 1995.
STALLINGS, W. Arquitetura e organização de computadores: projeto para o desempenho. 5. Ed. São Paulo: Prentice Hall, 2002.
TANENBAUM, A. S.; WETHERALL, D. Redes de Computadores. 5. ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2011.