Aula 2 — Aprofundamento das topologias e dispositivos — CSMA/CD, domínios de colisão, Token Ring, estrela estendida e switch gerenciável
É fundamental distinguir dois conceitos que frequentemente são confundidos:
Descreve como os dispositivos estão fisicamente conectados — o layout real dos cabos, switches e equipamentos. É o que você vê ao olhar para a sala ou rack de servidores.
Descreve como os dados fluem pela rede — o caminho que a informação percorre independentemente de como os cabos estão dispostos fisicamente.
💡 Exemplo clássico: Uma rede Ethernet moderna usa topologia física estrela (todos os cabos vão ao switch central), mas a topologia lógica é de barramento (os dados são transmitidos para todos e cada dispositivo verifica se o pacote é seu). Em redes modernas com switches, até essa distção é superada pela comutação seletiva.
Vocês já conhecem as topologias básicas da Aula 1. Aqui vamos analisar cada uma com vantagens, desvantagens e diagramas — e apresentar duas novas: estrela estendida e o aprofundamento da malha.
A topologia dominante nas LANs modernas. Veja por que ela é tão usada — e qual é seu ponto frágil:
[PC-1]
|
[PC-2] --[SWITCH]-- [PC-3]
|
[PC-4]
| Vantagens | Desvantagens |
|---|---|
| Falha em um cabo não afeta os demais | Switch central é ponto único de falha |
| Fácil de adicionar/remover dispositivos | Maior quantidade de cabeamento |
| Fácil de diagnosticar problemas | Custo do switch central |
Todos compartilham um único cabo. Tecnologia legada — entender seus limites explica por que foi abandonada:
[PC-1]--[PC-2]--[PC-3]--[PC-4]
|___________________________|
Cabo coaxial
| Vantagens | Desvantagens |
|---|---|
| Simples e barata de implementar | Falha no cabo central derruba toda a rede |
| Poucos cabos necessários | Desempenho cai com mais dispositivos |
| Adequada para redes pequenas | Praticamente obsoleta |
Cada nó recebe e regenera o sinal antes de passá-lo adiante. Base do Token Ring (legado) e ainda presente em redes SONET/SDH de alta disponibilidade:
[PC-1] / \ [PC-4] [PC-2] \ / [PC-3]
| Vantagens | Desvantagens |
|---|---|
| Sem colisões (acesso controlado por token) | Falha em um nó pode derrubar o anel |
| Desempenho previsível sob carga | Adicionar dispositivos interrompe a rede |
| Anel duplo oferece redundância | Tecnologia em desuso nas LANs |
Conexões diretas entre múltiplos nós. Agora vamos além da definição — com a fórmula que explica por que a malha completa não existe em LANs:
[A]---[B] | \ / | | X | | / \ | [D]---[C]
✅ Fórmula: Em uma malha completa com n dispositivos, o número de conexões necessárias é n(n−1)/2. Com 10 dispositivos: 10×9/2 = 45 conexões. Por isso a malha é usada no backbone da internet, não em redes locais.
Na prática, a maioria das redes corporativas e escolares usa uma estrela estendida: switches conectados a outros switches, formando camadas (acesso, distribuição e núcleo).
[Switch Núcleo]
/ \
[Switch Dist. A] [Switch Dist. B]
/ \ / \
[SW Acesso] [SW Acesso] [SW Acesso] [SW Acesso]
| | | | | | | |
PCs PCs PCs PCs PCs PCs PCs PCs
Enquanto a topologia física mostra onde os cabos estão, a topologia lógica mostra como os dados circulam. As três principais são:
Todos os dispositivos compartilham o mesmo meio de transmissão logicamente. Quando um envia, todos recebem — e cada um verifica se o pacote é destinado a ele. O protocolo CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) gerencia o acesso para evitar colisões.
PC-A envia dado para PC-C:
PC-A ──broadcast──> [HUB] ──> PC-B (descarta, não é para mim)
──> PC-C (aceita, é para mim!)
──> PC-D (descarta, não é para mim)
💡 CSMA/CD em 3 passos: (1) escuta o meio antes de transmitir; (2) se livre, transmite; (3) se detectar colisão, para, aguarda tempo aleatório e tenta novamente. Usado no Ethernet clássico (IEEE 802.3).
▶️ Clique em Play para ver cada etapa do protocolo animada:
Os dados circulam em uma só direção passando por todos os nós. Um token (ficha) circula continuamente: apenas o dispositivo que está com o token pode transmitir, eliminando colisões por controle de acesso.
Token circula: PC-A → PC-B → PC-C → PC-D → PC-A ... PC-B quer transmitir: 1. Aguarda o token chegar 2. Captura o token 3. Transmite o dado (passa por PC-C e PC-D até chegar ao destino) 4. Libera o token para o próximo nó
⚠️ Token Ring é legado. Criado pela IBM nos anos 80 (IEEE 802.5), foi amplamente substituído pelo Ethernet. Ainda existe em redes industriais como PROFIBUS e em backbones de operadoras (SONET/SDH).
Uma conexão dedicada e exclusiva entre dois nós. Os dados não passam por outros dispositivos intermediariamente — o canal é privado. Muito usado em enlaces WAN e VPNs.
Filial A ════════════════════ Matriz (link MPLS dedicado) | | Filial B ── VPN criptografada ── Matriz (túnel sobre internet)
| Topologia Física | Topologia Lógica | Exemplo real |
|---|---|---|
| Estrela (com hub) | Barramento | Ethernet 10BASE-T com hub |
| Estrela (com switch) | Ponto a ponto | Ethernet moderna (IEEE 802.3) |
| Anel físico | Anel (token) | Token Ring IBM, SONET |
| Malha | Ponto a ponto | Backbone da internet, MPLS |
| Barramento | Barramento | Ethernet coaxial 10BASE-2 (legado) |
Vocês já conhecem hub, switch, roteador e modem. Aqui vamos entender como funcionam por dentro — domínios de colisão, tabela MAC, NAT e a diferença entre switch gerenciável e não gerenciável.
Já sabemos que o hub replica o sinal para todas as portas. O que isso significa na prática? Ele cria um único domínio de colisão para todos os dispositivos conectados.
⚠️ Por que o hub é obsoleto? Com um hub, se dois dispositivos transmitem ao mesmo tempo ocorre uma colisão: os dados são corrompidos e precisam ser retransmitidos. Quanto mais dispositivos, mais colisões e pior o desempenho. O switch resolve completamente esse problema.
O switch resolve o problema do hub criando um domínio de colisão por porta. Mas como ele sabe para qual porta enviar cada quadro? Através da tabela MAC — aprendida dinamicamente:
1. PC-A envia quadro para PC-B 2. Switch recebe na porta 1 e registra: "MAC de A = porta 1" 3. Switch ainda não sabe onde está B: envia para TODAS as portas (flooding) 4. PC-B responde: switch registra "MAC de B = porta 2" 5. Próxima vez: switch envia diretamente porta 1 → porta 2 (sem flooding, sem colisão com os demais)
O roteador opera na Camada 3 (Rede) e conecta redes diferentes usando IP. Além do roteamento básico, os roteadores modernos têm funções que vocês usam todo dia sem perceber:
O modem converte os sinais digitais do computador no formato adequado para o meio físico da operadora (linha telefônica, cabo de TV, fibra óptica). Em redes modernas, o modem é frequentemente integrado ao roteador em um único equipamento.
| Dispositivo | Camada OSI | Identificação usada | Função principal |
|---|---|---|---|
| Hub | Camada 1 (Física) | Nenhuma | Replica sinal para todas as portas |
| Switch | Camada 2 (Enlace) | Endereço MAC | Encaminha quadros seletivamente |
| Roteador | Camada 3 (Rede) | Endereço IP | Interliga redes distintas |
| Modem | Camada 1 (Física) | Nenhuma | Adapta o sinal ao meio da operadora |
Análise de topologias e criação de diagrama de rede.
Qual é a principal diferença entre um hub e um switch?
O protocolo CSMA/CD detecta uma colisão durante a transmissão. Qual é a ação correta após a detecção?
Qual topologia de rede é usada no backbone da internet, garantindo múltiplos caminhos alternativos entre os nós?