Redes locais
Aprendizagem de MAC, domínios, VLANs, spanning tree, Ethernet e Wi-Fi.
A envia uma trama a B através de um comutador. O equipamento consulta o endereço MAC de destino para escolher a porta de saída e aprende onde está A pelo MAC de origem; o IP do pacote encapsulado não participa nesta decisão de comutação.
Aprendizagem e reenvio
Para cada trama recebida, o comutador:
- Aprende ou atualiza o MAC de origem, associado à porta de entrada e à VLAN.
- Se conhece o MAC de destino noutra porta, reenvia só por essa porta.
- Se conhece o destino na própria porta de entrada, filtra a trama.
- Se não conhece o destino, inunda as outras portas da mesma VLAN.
- Broadcast é difundido nessa VLAN. O tratamento de multicast pode ser refinado por mecanismos adicionais.
A tabela tem envelhecimento. Uma estação que muda de porta pode ser reaprendida; não é preciso aguardar sempre pela expiração. A inundação não altera os endereços da trama.
Exemplo. Liga A, B, C e D às portas 1 a 4 com tabela vazia.
| Trama | Aprende | Destino | Decisão |
|---|---|---|---|
| A→B | A:1 | Desconhecido | Inunda 2, 3, 4 |
| B→A | B:2 | Conhecido noutra porta | Envia só para 1 |
| C→A | C:3 | Conhecido noutra porta | Envia só para 1 |
| D→C | D:4 | Conhecido na porta 3 | Envia só para 3 |
| C→D | C:3 | Conhecido na porta 4 | Envia só para 4 |
A última trama sai pela porta 4, onde a trama anterior ensinou a localização de D. Repara que aprender e decidir são operações separadas: cada trama ensina a sua origem, mas só o destino decide a saída. Para haver filtragem na entrada, C e D teriam de estar no mesmo segmento ligado a uma só porta; a topologia em estrela desenhada aqui não tem esse caso.
Ethernet e domínios
Uma trama Ethernet inclui MAC de destino e origem, tipo ou comprimento, dados e FCS. O FCS é a verificação CRC no fim; deteta erros e leva a descartar a trama, enquanto a retransmissão fiável, se necessária, fica noutro protocolo.
Um domínio de colisão partilha um meio half-duplex. Um concentrador liga as estações ao mesmo domínio; num comutador, cada porta separa esse domínio, e em full-duplex não há colisões nesse enlace. Um domínio de broadcast é o conjunto alcançado por uma trama broadcast; um comutador sem separação em VLANs não o divide, e um router separa redes de ligação sem reenviar simplesmente o broadcast Ethernet recebido.
O tempo de transmissão pode incluir mais do que os bytes de dados. Quando pedido, conta preâmbulo, delimitador, trama e intervalo entre tramas. Identifica se o enunciado conta o intervalo como tempo ocupado ou apenas como espera antes da seguinte.
VLANs e trunks
Uma VLAN define um domínio de ligação lógico. Portas de acesso pertencem habitualmente a uma VLAN e ligam terminais. Uma ligação trunk transporta várias VLANs entre equipamentos, identificadas por etiquetas 802.1Q conforme a configuração.
A e B na VLAN 10 podem trocar tramas. A e C em VLANs diferentes precisam de encaminhamento entre redes, mesmo no mesmo aparelho. Um comutador multicamada pode executar esse encaminhamento. A separação depende de configuração correta; não significa que todos os fluxos entre VLANs sejam proibidos por definição.
Ciclos e spanning tree
Ligações redundantes criam ciclos físicos. Um broadcast pode circular e multiplicar-se, porque Ethernet não tem TTL como IP, e a aprendizagem MAC também pode oscilar.
Spanning Tree escolhe uma topologia lógica sem ciclos. Os equipamentos elegem a raiz pelo menor identificador, depois o menor custo até à raiz, e desempatam por menor identificador de ponte e de porta. As portas redundantes deixam de encaminhar. Não memorizes «desliga o cabo mais caro»: o algoritmo usa identificadores, custos e desempates.
Num triângulo A-B-C, é possível manter as três ligações físicas e permitir encaminhamento em apenas duas. O caminho ativo pode deixar de ser o caminho fisicamente mais curto para certos pares, pois a prioridade é impedir ciclos.
Escolher portas num triângulo
Supõe identificadores A=1, B=2 e C=3, custos iguais a 1 em todas as ligações e uma ligação por par. A é a raiz pelo menor identificador. B e C escolhem a ligação direta a A como porta raiz, porque custa 1, enquanto o percurso pelo outro custaria 2.
Na ligação B–C, ambos anunciam custo 1 até A. O empate escolhe B pelo menor identificador como lado designado; a porta de C voltada para B fica bloqueada para dados. As ligações A–B e A–C continuam ativas, e B–C mantém-se física mas não transporta tramas de dados de ponta a ponta.
Entre B e C, os dados passam agora por A, com custo 2, embora exista uma ligação física de custo 1. STP escolhe uma árvore ligada à raiz e resolve papéis de portas; não calcula o caminho mínimo individual para todos os pares nem a árvore de menor soma de custos.
Wi-Fi: associação e mobilidade
Um BSS agrupa estações numa célula Wi-Fi. Na infraestrutura usam um ponto de acesso. O SSID identifica a rede apresentada e o BSSID o conjunto concreto. Canais sobrepostos, interferência, distância e contenção afetam o débito útil.
A associação estabelece a relação entre estação e ponto de acesso; autenticação e proteção de dados dependem do mecanismo usado. Não confundas encontrar uma rede com conseguir autenticar-te nela. Um conjunto de pontos de acesso interligados pode formar um ESS, Extended Service Set, e permitir mobilidade entre células.
As tramas 802.11 podem conter mais campos de endereço que Ethernet, distinguindo transmissor, recetor e extremos da entrega. O ponto de acesso interliga o meio sem fios ao sistema de distribuição, sem ser necessariamente um router IP. O acesso ao meio sem fios, com contenção, ACK e estações escondidas, está na página de acesso ao meio.
Seguir IP e MAC ao longo do caminho
A envia para B noutra rede. A constrói pacote com IP origem A e destino B, mas a trama leva o MAC do gateway, obtido por ARP. O router recebe-a e constrói outra com o seu MAC de saída e o MAC do próximo salto.
| Local observado | IP de origem | IP de destino | MAC de origem | MAC de destino |
|---|---|---|---|---|
| Ligação A→router | A | B | A | Interface de entrada do router |
| Ligação router→B | A | B | Interface de saída do router | B |
Assume aqui ausência de NAT, túneis e outros routers. Um comutador entre A e o router encaminha a trama, mas não substitui o MAC de origem pelo seu. Esta distinção é central em questões de escolha múltipla.
Exercícios
Filtrar uma trama
Tabela conhece A e B na porta 1. Chega pela porta 1 uma trama de A para B. O comutador?
Pista
Consulta a tabela antes de inundar.
Solução
Filtra a trama no encaminhamento. A aprendizagem da origem pode ser atualizada na mesma operação.
- Filtra e não reenvia por outra porta.. O destino é conhecido na mesma porta da origem recebida.
- Inunda todas as restantes portas.. Só inunda um unicast cujo destino é desconhecido.
- Muda o MAC de destino para o seu.. O comutador não substitui os endereços para encaminhar a trama.
Erros frequentes
Tratar destino conhecido na entrada como destino desconhecido.
Observar o último salto
B enviou um pacote a A através de um router R, sem NAT. Na trama que chega a A, quais as origens IP e MAC?
Pista
Distingue extremo do pacote e extremo da trama.
Solução
IP de B e MAC da interface de R que envia para a rede de A.
- IP de B; MAC da interface de saída de R.. IP identifica a origem do pacote; MAC identifica o emissor no salto local.
- IP de R; MAC de B.. O router não substitui o IP de origem neste cenário.
- IP de B; MAC do comutador intermédio.. O comutador mantém a origem da trama.
Erros frequentes
Atribuir o MAC de origem ao comutador.
Escolher as portas que evitam um ciclo
A, B e C formam um triângulo de comutadores na mesma VLAN. Os identificadores são 1, 2 e 3, respetivamente, e cada ligação custa 1. Há só uma ligação por par. Em STP, escolhe raiz, portas raiz e a porta bloqueada para dados, usando o menor identificador de ponte no empate. Por onde passa uma trama unicast de B para C depois de convergir? Assume os MAC conhecidos. Explica ainda o risco de inundar broadcasts antes de eliminar o ciclo.
Pista
Solução
A é a raiz. B e C chegam diretamente a A com custo 1, por isso essas são as suas portas raiz. Em B–C, ambos anunciam custo 1; B vence pelo identificador 2, inferior a 3. O lado de B é designado e a porta de C virada para B fica bloqueada para dados.
A trama B→C percorre B–A–C. A ligação física B–C continua presente, mas não é um caminho ativo para dados. Sem o bloqueio, cópias de um broadcast podem regressar e ser inundadas repetidamente; Ethernet não tem TTL para as eliminar. STP evita o ciclo lógico, sem procurar o caminho mínimo para cada par.
Confere a tua resposta:
- Escolho A como raiz pelo menor identificador.
- B e C escolhem a ligação direta a A como porta raiz.
- Desempato B–C por identificador e bloqueio a porta de C.
- Explico por que B chega a C através de A depois do bloqueio.
Aprender endereços e reaprender uma mudança
Um comutador de quatro portas, todas na mesma VLAN, começa com tabela vazia. A, C e D estão nas portas 1, 3 e 4. Chegam A→C, C→A, D→A e A→D. Indica aprendizagem e saídas por trama. Depois D muda fisicamente para a porta 2 e envia a C. Indica a atualização e a saída da trama seguinte de A para D. Não há expiração de entradas neste intervalo.
Pista
Solução
A→C aprende A:1 e inunda 2, 3, 4. C→A aprende C:3 e sai em 1. D→A aprende D:4 e sai em 1. A→D atualiza A:1 e sai em 4.
Quando D envia pela porta 2, a origem da trama atualiza D:2; C já é conhecido e a trama sai em 3. A→D passa então a sair em 2. O comutador não aprende a localização de C só por C aparecer como destino. A atualização pela origem permite acompanhar a mudança sem esperar pelo envelhecimento da entrada antiga.
Confere a tua resposta:
- Aprendo a origem mesmo com destino desconhecido.
- Inundo apenas as outras portas da VLAN.
- Atualizo D para a porta 2 quando recebo uma trama dessa origem.