Saiba como funcionam os Hubs, Switchs e Routers

Uma rede de dados pode ser definida como um conjunto de equipamentos passivos e activos. Relativamente aos equipamentos activos, os Hubs, switchs e routers são importantes numa rede básica de dados e hoje deixamos uma breve explicação com vídeo sobre o modo de funcionamento destes equipamentos.

O que é um HUB?

o HUB (ou concentrador de rede) é um equipamento activo que funciona na camada 1 do modelo OSI (camada física) e tem como principal funcionalidade a interligação entre computadores de uma rede uma vez que possui várias portas RJ45 (ou ISO 8877) fêmea.

Quando recebe informação numa determinada porta, o HUB transmite esse informação por todas as outras portas, excepto por aquela que recebeu essa informação (flood), criando assim um único domínio de colisão e diminuindo a performance. Além disso, os Hubs apenas permitem comunicações em simultâneo entre dois pontos, isto é, se tivermos um PC A ligado a porta 1 e outro PC B a porta 2, e estiverem a comunicar entre eles via HUB, se o PC C ligado à porta 3 pretender comunicar com o PC D ligado a porta 4 terá de esperar que termine a ligação entre o PC A e o PC B (a comunicação é estabelecida por fracções de tempo mediante o número de portas do HUB activas).

Exemplo do funcionamento de um Hub

Vamos então a um pequeno exemplo. Para isso montei um simples cenário com 4 PC’s e um único HUB. Os pc’s têm a seguinte configuração (todos têm a mesma máscara: 255.255.255.0 e não têm configurado qualquer gateway pois estão todos na mesma rede)

• PC A – IP: 192.168.0.1
• PC B – IP: 192.168.0.2
• PC C – IP: 192.168.0.3
• PC D – IP: 192.168.0.4

Para verificar como o HUB se comporta, vamos realizar um ping (recorrer ao protocolo ICMP) entre o PC com o IP: 192.168.0.1 e PC com o IP 192.168.0.2.

O pacote vai partir do PC A (com o nome pplware), vai ao HUB e depois o HUB envia essa informação para todas as suas portas, excepto por aquela que recebeu. O PC (snake) vai responder a esse pedido já que a informação é para si, e todos os outros vão descartar essa informação. Quando a resposta ao pedido chega novamente ao HUB, ele vai fazer exactamente o mesmo (enviar por todas as portas, excepto por aquela que recebeu). Isto acontecerá sempre que haja uma transmissão entre duas máquinas.

Nesse sentido, alguns administradores designam o HUB de um equipamento burro uma vez que este não consegue nem tem funcionalidades para guardar informação relativamente às máquinas (com base no Mac Address) que tem em cada porta, assim como acontece por exemplo nos switchs.

Os Hubs estão em desuso há já algum tempo, no entanto ainda se podem encontrar em algumas grandes superfícies comerciais, e são por norma baratos.

O que é um switch?

Um  switch (ou comutador) é um equipamento activo que funciona normalmente na camada 2 do modelo OSI(Data Link) e tem como principal funcionalidade a interligação de equipamentos (estações de trabalho, servidores, etc) de uma rede uma vez que possui várias portas RJ45 (ou ISO 8877) fêmea.

Numa primeira fase (antes do switch saber quem tem ligado a ele), quando um switch recebe informação numa determinada porta, transmite esse mesma informação por todas as outras portas, excepto por aquela que recebeu essa informação (flood). No entanto, ao contrário dos Hubs, os switchs registam o endereço MAC dos dispositivos que estão ligados a cada porta do equipamento. Sempre que um equipamento envia uma frame (quadro), o switch analisa o endereço MAC de destino e comuta a frame para a porta  onde se encontra a máquina de destino. Desta forma, numa rede Ethernet, o switch não necessita de propagar a informação por todas as portas, sendo esta directamente enviada (com base na informação da tabela MAC do switch) para a máquina de destino. O processamento das frames nos switchs é realizado com base no hardware através de chips especiais denominados de ASIC.

Exemplo do funcionamento de um Switch

Vamos então a um pequeno exemplo. Para isso montei um simples cenário com 4 PC’s e um único switch. Os pc’s têm a seguinte configuração (todos têm a mesma máscara: 255.255.255.0 e não têm configurado qualquer gateway pois estão todos na mesma rede).

• PC A – IP: 192.168.0.1
• PC B – IP: 192.168.0.2
• PC C – IP: 192.168.0.3
• PC D – IP: 192.168.0.4

Vídeo Demonstrativo

Como podemos ver pela demonstração anterior, inicialmente o switch não tem qualquer informação sobre quem está ligado as suas portas. Quando o PC A envia uma informação para o PC B, o switch não sabe onde se encontra o PC B e envia essa informação por todas as portas excepto por aquela que recebem. O PC B “informa” que a informação é para si e o switch regista o endereço MAC das máquinas A e B e as respectivas portas onde se encontram ligadas. Numa próxima vez, se o PC A pretender comunicar com o PC B (ou vice-versa), o switch já sabe por que porta tem de enviar a informação.

O que é um router?

Em traços gerais um router (ou encaminhador) é um equipamento activo de uma rede de dados quer permite a comunicação entre dispositivos de redes diferentes (e também de redes com diferentes tecnologias) e totalmente autónomas. Os router funcionam na camada 3 do modelo OSI (ver aqui) e têm a capacidade (com base nos protocolos de encaminhamento, rotas estáticas ou por conhecerem as redes directamente ligadas) de fazer chegar os pacotes de dados de uma rede de origem a uma determinada rede de destino.

Vamos considerar o seguinte cenário com as seguintes configurações:

Se o PC A pretender comunicar com o PC B, como os dois pertencem à mesma rede estando assim no mesmo domínio de broadcast, a comunicação é simplesmente feita via switch (Podem ver aqui como tudo funciona).

Agora vamos considerar que uma máquina da rede azul (rede: 192.168.1.0) quer comunicar com uma máquina da rede amarela (rede: 192.168.2.0). Considerando então que por exemplo o PC B quer comunicar com o PC De partindo do principio que os switchs e router já conhecem os Mac Adresses dos equipamentos da rede.

Vamos ver como se processa a comunicação entre os dispositivos:

Como vimos pelo vídeo anterior, quando o PC B com o IP.192.168.1.1 quer comunicar com o PC D(IP.192.168.2.2) que está numa outra rede, a informação segue para o gateway respectivo (que não é nada mais que uma interface no router) e em seguida o router, com base na sua tabela de encaminhamento, encaminha os pacotes para a rede de destino.

Esperamos que tenham gostado da informação partilhada neste artigo e nos próximos dias iremos aparentar outros equipamentos de rede como router wifi, access-points, bridge, etc.