Comutação e domínios Ethernet

 Comutação Ethernet

>  Bridging da Camada 2

Com o aumento do número de hosts (estações de trabalho ou servidores) em uma rede local, temos um acréscimo na probabilidade de ocorrência de colisões e, conseqüentemente, no número de retransmissões, o que causa uma lentidão na rede.

A solução encontrada é dividir a rede em segmentos menores. A esta divisão da rede em segmentos, a fim de diminuirmos o número de ocorrência de colisões, denominamos domínio de colisão.

Os equipamentos capazes de realizar esta função são as bridges e os switches.

Outro conceito importante é o domínio de broadcast, área onde o sinal enviado é recebido por todos os dispositivos nela conectados.

>  Comutação da Camada 2

As bridges possuem duas portas, ou seja, dividem o domínio de colisão em duas partes, sem ter efeito sobre o domínio de broadcast.

Os switches possuem mais portas. Para saber para onde deve enviar o quadro recebido, utiliza uma tabela de comutação de quadros, denominada tabela MAC.

>  Operação de um Switch

Os switches examinam o cabeçalho para escolher como processar o quadro. Normalmente, os switches decidem enviar e filtrar os quadros, aprendem os endereços MAC e utilizam o protocolo STP (Spanning Tree Protocol) para evitar loops.

A seguir temos a descrição das atividades de operação de um switch:

Atividade 1 - Os switches encaminham os quadros baseando-se no endereço de destino:

1 - Se o endereço de destino é um endereço de broadcast, multicast ou um unicast não listado na sua tabela, oswitch envia um sinal de flood, sinal enviado para todas a portas exceto a de origem do quadro.

2 - Se o endereço de destino é um endereço de unicast conhecido, ou seja, já consta da sua tabela, o switch realiza as seguintes operações:

a) Se a interface de saída listada na tabela MAC é diferente da interface de origem do quadro, o switch encaminha o quadro para a porta de saída conforme indicação da tabela.

b) Se a interface de saída listada na tabela MAC é igual à interface de origem do quadro, o switch ignora o quadro.

Atividade 2 - Lógica de construção da tabela MAC.

1 - Para cada quadro recebido, o switch anota o endereço MAC e a porta por onde foi recebido o quadro.

a) Se não consta na tabela, faz a associação do endereço MAC à porta, e coloca (¨seta¨) o temporizador de inatividade em zero.

b) Se já consta na tabela, e reinicializa (¨reseta¨) o temporizador de inatividade em zero.

Atividade 3 – Os switches utilizam o protocolo STP, o que causa o bloqueio de algumas interfaces para receber ou enviar quadros. Esse mecanismo serve para evitar loops na rede.

>  Latência

Denominamos latência ao atraso que um quadro sofre para ir da origem até o destino.

Os parâmetros que influenciam na latência de uma rede são:

• o meio físico
• a capacidade de processamento dos dispositivos, ao longo do caminho
• os atrasos causados pelas decisões de comutação
• os atrasos causados por retransmissões dos quadros,

>  Modos de um switch

No capítulo 4, já vimos alguns métodos de encaminhamento de quadros. Neste capítulo
acrescentamos mais alguns modos de encaminhamento de quadros. Então podemos
descrever:

● Store-and-forward
● Cut-through
● Fragment Free

No método Store-and-forward todo quadro é armazenado e é analisada a integridade do dado, se correto é realizada a consulta à tabela de endereços MAC ( MAC address table) para determinar a porta de destino. No caso de erro, o quadro é descartado.

No método Cut-through a consulta à tabela é iniciada no recebimento do quadro e o envio é imediato. O que pode causar o envio de quadros com erros, e retransmissões pela camada de transporte.

No método Fragment-free os primeiros 64 bytes são lidos (incluindo o cabeçalho do quadro) e a comutação se inicia antes que sejam lidos todo o campo de dados e o checksum. Este modo verifica a maioria dos erros e possui baixa latência.

>  Domínios de Colisão e Domínios de Broadcast

>  Ambiente de meios compartilhados

Podemos verificar pelos estudos realizados até o momento que os computadores compartilham o meio físico para transmitir seus dados.

Vimos também que com o aumento do número de equipamentos transmitindo seus dados nesse ambiente compartilhado a chance de ocorrer uma colisão aumenta.

Vamos analisar agora a diferença entre domínios de colisão e de broadcast e como construílos de maneira a melhorar a performance da rede.

>  Domínios de colisão

Os domínios de colisão são áreas segmentadas pelos dispositivos de camada 2 (bridges e switches) de forma a diminuir os efeitos das colisões de quadros sobre o desempenho da rede.

>  Segmentação

Como vimos na figura anterior, a rede foi segmentada (ou dividida) em 4 domínios de colisão:

● As estações ligadas ao hub concorrem entre si dentro do primeiro domínio.
● A estação ligada à bridge compõe um segundo domínio.
● O switch criou mais dois domínios de colisão.

>  Broadcasts da Camada 2

O Broadcast da camada 2 é uma forma de uma estação se comunicar com todas as demais de uma só vez.

Quando as estações de trabalho precisam localizar um endereço MAC que não está na sua tabela MAC, fazem uma solicitação broadcast por meio do protocolo ARP (Address Resolution Protocol).

Para encaminhar dados para todos os domínios de colisão, são enviados quadros com o endereço FF-FF-FF-FF-FF-FF.

>  Domínios de broadcast

>  Fluxo de dados

O fluxo de dados se refere ao caminho dos dados por meio dos dispositivos das camadas 1, 2 e 3, após a transmissão pela estação de origem até a chegada a estação de destino.
• Dispositivo da Camada 01: sincroniza, amplifica e transmite o dado (seqüência de bits).
• Dispositivo da Camada 02: encaminha ou filtra os dados (quadros) com base no endereço físico (no caso, endereço MAC).
• Dispositivo da Camada 03: encaminha ou filtra os dados (pacotes) com base no endereço lógico (no caso, endereço IP).

>  Segmento de rede
O conceito de segmento de rede significa é uma subdivisão da rede.

Não devemos confundir com a definição de segmento da camada de transporte que indica a PDU da camada 4.