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Semana 3 · Aula 3 de 14

Equipamentos de rede

Os dispositivos que interligam e organizam o tráfego — hubs, switches, roteadores e access points — a camada em que cada um atua e os conceitos de domínio de colisão e de broadcast.

📚 Redes e Sistemas Distribuídos🧪 1 simulador(es)📝 mini-quiz ao final
Objetivos da aula

O que você vai aprender

1

Identificar a função de hubs, switches, roteadores e access points.

2

Relacionar cada equipamento à camada do modelo de rede em que atua.

3

Explicar a diferença entre domínio de colisão e domínio de broadcast.

4

Decidir qual equipamento usar em cada situação de projeto.

1 · Motivação

Quem organiza o tráfego?

Já sabemos ligar nós por cabos e por ar. Mas, com dezenas de máquinas, é preciso organizar quem fala com quem sem que todos atrapalhem todos. É esse o papel dos equipamentos de rede.

Trocar um hub por um switch pode transformar uma rede lenta e cheia de colisões numa rede fluida — entender a diferença vale ouro no dia a dia.

2 · Mapa da aula

Roteiro de hoje

Hub
física→Switch
enlace→Roteador
rede→Access Point
sem fio

Veremos cada equipamento, a camada em que atua e como cada um trata colisões e broadcasts — o critério-chave para diferenciá-los.

3 · Conceito-1 def.

O hub

Hub. Repetidor multiporta que recebe um sinal e o retransmite para todas as portas, sem analisar endereços. Opera na camada física (camada 1).

O hub é "burro" no bom sentido didático: ele não entende endereços, apenas amplifica e repete o sinal para todo mundo.

4 · Conceito-1 expl.

Por que o hub gera colisões

Como o hub repete tudo para todas as portas, se dois hosts transmitem ao mesmo tempo os sinais se sobrepõem e ocorre uma colisão. Todas as portas formam um único domínio de colisão.

⚠️
Quanto mais máquinas num hub, mais colisões, mais retransmissões e mais lentidão. Por isso os hubs caíram em desuso e foram substituídos por switches.
5 · Conceito-1 ex.

Equipamentos × camada × decisão

EquipamentoCamadaDecisão por
HubFísica (1)Nada — repete tudo
SwitchEnlace (2)Endereço MAC
RoteadorRede (3)Endereço IP
Access PointEnlace (2)Ponte cabeada↔sem fio
💡
Quanto mais alta a camada em que o equipamento decide, mais "inteligente" ele é — e mais informação do pacote ele consegue inspecionar.
6 · Interativo

Passo a passo: como o switch aprende

Passo 1
O switch liga com a tabela MAC vazia. Ele ainda não sabe quem está em cada porta.
Passo 2
O host A (na porta 1) envia um quadro. O switch anota: "MAC de A → porta 1". Aprendeu o remetente.
Passo 3
Como ainda não sabe onde está o destino, o switch inunda o quadro por todas as outras portas (flooding).
Passo 4
O host B responde pela porta 3. O switch anota "MAC de B → porta 3". Agora conhece os dois.
Passo 5
Nas próximas trocas A↔B, o switch encaminha só para a porta certa, sem incomodar as demais. Cada porta vira um domínio de colisão isolado.
7 · Conceito-2 def.

Switch e roteador

Switch. Comutador que opera na camada de enlace (camada 2), encaminhando quadros com base no endereço MAC, mantendo uma tabela MAC × porta.
Roteador. Equipamento da camada de rede (camada 3) que interliga redes diferentes, escolhendo o melhor caminho com base no endereço IP de destino.
8 · Conceito-2 expl.

Domínio de colisão × domínio de broadcast

Dois conceitos distinguem os equipamentos:

  • Domínio de colisão: conjunto de dispositivos que disputam o mesmo meio e podem colidir. O hub coloca todos num só; o switch dá um por porta.
  • Domínio de broadcast: conjunto de dispositivos que recebem um quadro de broadcast. Switches mantêm um só; o roteador separa em vários.
✅
Cada porta de um switch é um domínio de colisão separado — não há colisões entre hosts diferentes. Mas todas as portas ainda compartilham o mesmo domínio de broadcast.
9 · Comando

Provando que o switch decide por MAC

O switch monta sua tabela observando quem fala. Do lado do computador, a tabela ARP mostra o outro lado da moeda — a associação entre IP e MAC:

C:\> arp -a Interface: 192.168.0.15 Endereço IP Endereço Físico Tipo 192.168.0.1 1c-3b-f3-a0-11-02 dinâmico <- o roteador 192.168.0.20 04-d9-f5-77-88-99 dinâmico <- outro PC da mesma LAN 192.168.0.255 ff-ff-ff-ff-ff-ff estático <- broadcast: todos

Repare no último: o endereço físico só de "F" é o broadcast de camada 2. Um quadro endereçado a ele é entregue a todos — e é exatamente esse quadro que o roteador se recusa a repassar adiante.

10 · Analogia

Hub, switch e roteador no escritório

🗣️ Analogia
O hub é alguém que grita um recado para a sala inteira: todos ouvem, e se dois gritam juntos ninguém entende (colisão). O switch é o office-boy que entrega o bilhete só na mesa do destinatário. O roteador é o serviço de correios que leva a carta para outro prédio (outra rede), escolhendo a rota.
11 · Comparação

Switch × roteador

AspectoSwitchRoteador
CamadaEnlace (2)Rede (3)
Decide porEndereço MACEndereço IP
AtuaDentro de uma rede/sub-redeEntre redes/sub-redes
Domínio de broadcastMantém um sóSepara em vários
TabelaMAC × portaRotas (IP × próximo salto)
12 · Diagrama

O caminho de um quadro

Dentro da mesma rede, o switch resolve; para sair para outra rede, entra o roteador:

Host A→Switch
por MAC→Roteador
por IP→Outra rede
🔑
Regra prática: switch comuta dentro de uma rede (mesma sub-rede, por MAC); roteador roteia entre redes (sub-redes distintas, por IP). O roteador separa domínios de broadcast.
13 · Simulador

Envie um quadro e veja quem recebe

A bancada abaixo tem seis abas, e cada uma responde a uma pergunta desta aula.

1 · Quem recebe. Envie um quadro de PC1 para PC3 no hub e repare em quantas máquinas recebem o quadro no fio e em quantas realmente o processam. Depois repita no switch: na primeira vez ele inunda todas as portas porque ainda não conhece o destino; clique em deixar o PC3 responder e veja a tabela crescer — é sempre pela origem que ele aprende, nunca pelo destino. Por fim escolha BROADCAST nos três equipamentos: só um deles barra o quadro, e essa diferença é a definição de domínio de broadcast.

2 · No fio. Aqui a colisão acontece de verdade: as duas fitas recebem o mesmo sorteio de quem quis falar, e a única diferença é a caixa no meio. Aumente o número de estações e veja o hub piorar enquanto o switch cresce.

3 a 6. O switch por dentro (tabela MAC, envelhecimento e VLAN), a fronteira do roteador (o que muda de um enlace para o outro), o access point (por que o Wi-Fi é um hub) e oito casos para diagnosticar.

14 · Siglas

As siglas que aparecem na bancada

A bancada acima fala a língua técnica da área, e boa parte dela é sigla. Este quadro é para consulta: cada uma vem por extenso, com o que significa e — o que mais importa — onde ela está acontecendo na tela.

Acesso ao meio

SiglaO que éOnde você vê
CSMA
Carrier Sense Multiple Access · acesso múltiplo com detecção de portadora		Escutar o meio antes de transmitir. É a base comum dos dois esquemas abaixo.Abas no fio e no ar: as células cinza são estações que tinham o que enviar e encontraram o meio ocupado.
CS
Carrier Sense · detecção de portadora		O ato de "ouvir" se há sinal no meio.É a decisão que produz cada célula cinza.
MA
Multiple Access · acesso múltiplo		Várias estações compartilhando o mesmo meio.As 2 a 8 estações dividindo a mesma fita.
CSMA/CD
…with Collision Detection · com detecção de colisão		Ethernet half-duplex clássica: deixa colidir, detecta durante a transmissão e aborta rápido.Aba no fio: a célula vermelha é a colisão detectada na hora (uma fenda perdida) e as laranjas são o recuo exponencial que vem depois.
CSMA/CA
…with Collision Avoidance · com prevenção de colisão		Wi-Fi (802.11): como não consegue detectar, gasta tempo evitando a colisão e exige confirmação.Aba no ar: compare o tamanho das manchas vermelhas com as da aba no fio — aqui a colisão custa o quadro inteiro, não uma fenda.
🔑
A diferença de uma letra é diferença de física. No cabo, a placa consegue ouvir enquanto fala e aborta uma colisão em curso. No ar, o próprio sinal chega à antena milhões de vezes mais forte que o do vizinho: a placa transmite às cegas e só descobre o problema quando a confirmação não vem.

Reserva do meio e confirmação (Wi-Fi)

SiglaO que éOnde você vê
RTS
Request to Send · requisição para enviar		Quadro curto que pede o meio e anuncia por quanto tempo vai precisar dele.Aba no ar, com a caixa RTS/CTS marcada: as células roxas são a reserva.
CTS
Clear to Send · liberado para enviar		Resposta de quem vai receber (no modo infraestrutura, o AP), autorizando e repetindo a duração anunciada.É o que faz o grupo escondido também esperar: ele não ouve o transmissor, mas ouve o AP.
NAV
Network Allocation Vector · vetor de alocação de rede		Cronômetro interno de cada estação com o tempo já reservado por outra. Funciona como uma detecção de portadora virtual.Com a reserva ligada, são as células cinza dos clientes que ficam parados sem ouvir ninguém transmitindo.
ACK
Acknowledgement · confirmação		Quadro de confirmação obrigatório para cada unicast no 802.11. Sua ausência é, para quem transmitiu, o único indício de que houve colisão.Não é desenhado, mas é o que a métrica quadros perdidos conta: quem não recebeu ACK dá o quadro por perdido e recomeça.
IFS
Interframe Space · espaço entre quadros		Intervalos de espera obrigatórios depois que o meio libera. As variantes definem prioridade.Conceito — veja a ressalva abaixo.
SIFS
Short IFS · IFS curto		O menor intervalo, usado por ACK e CTS: é por isso que as confirmações "furam a fila".Conceito — veja a ressalva abaixo.
DIFS
DCF IFS		O intervalo padrão que uma transmissão de dados comum precisa esperar.Conceito — veja a ressalva abaixo.
DCF
Distributed Coordination Function · função de coordenação distribuída		O modo de acesso padrão do 802.11: CSMA/CA + recuo + NAV, sem nenhum árbitro central.É o conjunto do que a aba no ar simula.
⚠️
Ressalva honesta: a bancada trabalha em fendas de tempo iguais e não separa SIFS de DIFS. Esses três (IFS, SIFS, DIFS) estão aqui pelo conceito — a prioridade do ACK sobre os dados existe no protocolo real, mas não está desenhada na fita.

Equipamentos, endereços e o resto do vocabulário

SiglaO que éOnde você vê
AP
Access Point · ponto de acesso		A caixa central da rede Wi-Fi em modo infraestrutura. É ponte de camada 2, não roteador.Aba no ar: o quadro atravessa o AP e chega ao PC cabeado sem o IP mudar e sem o TTL cair.
MAC
Media Access Control · controle de acesso ao meio		Duas coisas com o mesmo nome: a subcamada da camada 2 e o endereço físico de 48 bits gravado na placa.Aba switch por dentro: a tabela MAC × porta. E a aba dentro do MAC abre o endereço byte a byte.
NIC
Network Interface Card · placa de interface de rede		A placa de rede. É ela que compara o MAC de destino com o próprio e descarta o que não lhe pertence.Aba quem recebe: as máquinas em âmbar, marcadas "recebe e descarta".
ARP
Address Resolution Protocol · protocolo de resolução de endereços		Descobre o MAC correspondente a um IP dentro do mesmo enlace — e só dentro dele.Aba a fronteira, botão de ARP: quem está fora da sua rede não é perguntado; pergunta-se pelo gateway.
TTL
Time To Live · tempo de vida		Contador no cabeçalho IP que cai a cada roteador. Chegando a zero, o pacote é descartado — é o que impede um pacote de circular para sempre.Aba a fronteira: 64 no primeiro enlace, 63 no segundo.
VLAN
Virtual LAN · rede local virtual		Corte lógico dentro do switch: transforma um equipamento em vários domínios de broadcast independentes.Aba switch por dentro, caixa VLANs ligadas: o broadcast para de atravessar e as duas VLANs deixam de se falar.
OUI
Organizationally Unique Identifier · identificador único organizacional		Os 3 primeiros bytes do MAC: o bloco que o fabricante comprou do IEEE. Os 3 últimos são o número de série que ele mesmo atribui — juntos, garantem um endereço único no mundo.Aba dentro do MAC: é a metade azul do endereço.
I/G
Individual/Group · individual ou grupo		Último bit do primeiro byte: 0 endereça uma placa (unicast), 1 endereça um conjunto (multicast). O broadcast é o caso extremo, com todos os bits em 1.Aba dentro do MAC: clique no bit e veja a classificação mudar na hora.
U/L
Universal/Local · universal ou localmente administrado		Penúltimo bit do primeiro byte: 0 = veio de fábrica, com OUI do IEEE; 1 = foi escrito por software. É o bit que o celular liga ao aleatorizar o MAC por privacidade.Aba dentro do MAC: ligue o bit e o fabricante simplesmente deixa de existir.
IEEE
Institute of Electrical and Electronics Engineers		A entidade que mantém os padrões da família 802 (Ethernet, Wi-Fi) e o registro público de quem é dono de cada OUI.É de onde vieram os nomes de fabricante que a bancada mostra — com data de consulta declarada.
💡
De onde vieram RTS e CTS. Antes do Wi-Fi, eram pinos físicos do conector serial RS-232 (Recommended Standard 232), usados para controle de fluxo por hardware: um fio dizia "quero enviar", outro respondia "pode mandar". O 802.11 aposentou os fios e manteve os nomes — agora são quadros no ar cumprindo exatamente o mesmo papel.
15 · Aprofundamento

Access point e a ponte sem fio

O access point (AP) conecta dispositivos sem fio à rede cabeada. Ele atua como ponte na camada de enlace: recebe quadros do Wi-Fi e os entrega à LAN cabeada (e vice-versa).

  • O AP não roteia entre redes — isso é papel do roteador.
  • Muitos "roteadores domésticos" são, na verdade, roteador + switch + AP em uma só caixa.
💡
Por isso, em casa, um único aparelho dá Wi-Fi (AP), tem portas LAN (switch) e compartilha a Internet (roteador). São três funções integradas.
16 · Verifique

Verifique você mesmo: quem usa qual endereço?

Um quadro precisa ser entregue a um host na MESMA sub-rede. Qual equipamento decide o encaminhamento e por qual endereço?

Dentro da mesma sub-rede, o switch (camada 2) encaminha por endereço MAC. O roteador só entra quando o destino está em outra rede.
17 · Caso prático

Modernizando um laboratório

Um laboratório antigo com 20 PCs ligados a hubs vivia lento. O diagnóstico: todos no mesmo domínio de colisão, colisões constantes.

  • Ação: substituir os hubs por um switch.
  • Resultado: cada PC ganhou seu domínio de colisão; as colisões praticamente desapareceram.
  • Próximo passo: adicionar um roteador para separar o laboratório do resto do prédio em domínios de broadcast distintos, reduzindo tráfego desnecessário.
🔑
Trocar hub por switch é um dos upgrades de maior impacto e menor custo em redes legadas.
18 · Erros comuns

Confusões frequentes

⚠️
Erro 1: achar que o switch separa domínios de broadcast. Não separa — broadcasts atravessam todas as portas. Quem separa broadcast é o roteador (ou VLANs).
⚠️
Erro 2: chamar de "roteador" o que é só um switch, ou esperar que um switch comum escolha rotas entre redes por IP. Switch decide por MAC, dentro da rede.
19 · Boas práticas

Recomendações de projeto

✅
Use switches (não hubs) em qualquer LAN nova. Reserve roteadores para separar redes e dar acesso à Internet, e segmente broadcast com VLANs quando a rede crescer.
✅
Posicione os access points pensando na cobertura e na interferência; evite empilhar muitos APs no mesmo canal de rádio.
20 · Revelar

Revele a resposta

Por que reduzir o tamanho dos domínios de broadcast melhora a rede?
Porque cada broadcast (ex.: pedidos de ARP, descobertas) é recebido e processado por todos os hosts do domínio. Em redes grandes, broadcasts demais consomem banda e CPU de cada máquina. Ao separar a rede em vários domínios de broadcast (com roteadores ou VLANs), confina-se esse tráfego, melhorando desempenho e segurança.
21 · Flashcards

Revisão relâmpago

Hubvirar
Camada física; repete o sinal para todas as portas; um só domínio de colisão.
Switchvirar
Camada de enlace; encaminha por MAC; cada porta é um domínio de colisão.
Roteadorvirar
Camada de rede; roteia entre redes por IP; separa domínios de broadcast.
Access Pointvirar
Ponte entre a rede cabeada e a sem fio, na camada de enlace.
22 · Conexões

Equipamentos e as camadas

Cada equipamento já antecipa as camadas do modelo OSI/TCP-IP (Aula 4):

  • Hub → camada física (bits).
  • Switch e AP → camada de enlace (quadros, MAC).
  • Roteador → camada de rede (pacotes, IP).
💡
Saber em que camada um equipamento atua é o mesmo que saber qual cabeçalho ele inspeciona para decidir o que fazer.
23 · Síntese

O essencial da aula

🔑
Hub (camada física) repete para todas as portas — um só domínio de colisão. Switch (enlace) encaminha por MAC — cada porta é um domínio de colisão, mas um só de broadcast. Roteador (rede) roteia entre redes por IP e separa domínios de broadcast. Access point é a ponte entre o mundo cabeado e o sem fio.
Mão na massa · colaborativo

Atividade em grupo · Montando uma topologia

Em trios, projetem a interconexão de uma pequena empresa com dois andares.

⏱️ 25 min👥 trios🧩 projeto de rede

Roteiro

  1. Cada andar tem 10 PCs cabeados e precisa de Wi-Fi para visitantes.
  2. Escolham quantos e quais equipamentos usar (switch, roteador, AP).
  3. Desenhem o diagrama mostrando como os andares se ligam e acessam a Internet.
  4. Indiquem onde ficam os domínios de colisão e de broadcast.
Arquitetodesenha a topologia
Especificadorescolhe os equipamentos
Auditormapeia colisão/broadcast
📤 Entrega: Diagrama da rede com equipamentos e os domínios identificados.
Teste seu conhecimento

Mini-quiz · Aula 3

20 questões sobre esta aula. Escolha e veja a explicação na hora.

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📌 Resumo — leve isto para a prova

  • Hub: camada física, repete para todas as portas (um só domínio de colisão).
  • Switch: camada de enlace, encaminha por MAC; cada porta é um domínio de colisão.
  • Roteador: camada de rede, roteia entre redes por IP e separa broadcast.
  • Access point: ponte entre o mundo cabeado e o sem fio, na camada de enlace.
  • Trocar hub por switch é um upgrade barato e de grande impacto; VLANs e roteadores segmentam broadcast.