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dez 10 2008

[P&R] Hub? Switch? Hub/Switch?: Afinal, qual a diferença entre cada um destes elementos?

Esta foi outra questão selecionada para integrar o quadro P&R. Para alguns, esta pode ser uma questão bastante simples, mas para outros, ainda é uma fonte de dúvidas. Afinal, qual a diferença entre um Hub e um Switch? Ou indo mais longe, os famosos “hub/switch”, ou “switch-hub”, realmente existem? O que seriam? Para completar, aproveitei outra questão enviada esta semana e incluí neste post, para resposta: Qual a diferença entre os domínios de broadcast e os domínios de colisão? Por que hubs não segmentam domínios de colisão e switches, sim?

Já deu para perceber que, para alguns, ainda existe uma grande dúvida entre o que diferencia um switch de um hub. Bom, vamos às respostas destas questões 😀 !

(você deve estar logado para ler este post)

Hubs, assim como switches, são concentradores (e daí o nome hub) normalmente desenhados para operar em redes Ethernet. Fisicamente, podem ser parecidos (fotos abaixo) mas não se engane, as semelhanças terminam aí.

switch.jpg

Os hubs são meros repetidores elétricos, ou seja, eles recebem um sinal elétrico e o retransmitem, operando, portanto, exclusivamente na camada 1 (física). Em momento algum um hub analisa o tráfego que está entrando ou saindo dele. Sua tarefa é receber um sinal elétrico em uma de suas portas e retransmití-lo por todas as outras, ou seja, PCs que nada têm a ver com a história acabam recebendo a transmissão. Para agravar esta deficiência, redes que tenham hubs como concentradores não conseguem operar em modo “full duplex”, ou seja, transmitindo e recebendo dados simultaneamente. Isso ocorre pois o modo de detecção de colisões implementado pelo padrão Ethernet, conhecido como CSMA/CD, implica na utilização da porção transmissora das placas de rede para “escutar” por períodos de silêncio (durante os quais transmissões podem ser realizadas) na rede, procurando reduzir a incidência de colisões. Estas colisões ocorrem na medida em que um PC tenta enviar dados para outro PC, mas algum outro PC na rede já iniciou o processo de transmissão antes. Como o hub replica este tráfego para todas as suas portas, o PC “atrasado” detectará uma colisão e aguardará algum tempo antes de tentar novamente o envio. Por estes motivos, um hub é um grande gerador de colisões em redes Ethernet. Outro detalhe: A largura de banda disponível para todos os elementos conectados à um HUB será compartilhada, ou seja, se temos um HUB de 8 portas à 100Mbps e 8 PCs conectados à ele, a largura de banda disponível para cada PC (se todos transmitirem simultaneamente) seria de 100Mbps / 8 = 12,5Mbps . Por aí você já pode imaginar o estrago que hubs podem fazer em uma rede com muitos PCs 😉 . Temos, então, a definição do “domínio de colisão”, ou seja, um hub gera um único segmento de colisão, uma vez que cada PC conectado à ele está sujeito a ter seu tráfego disputado por cada um dos outros PCs conectados ao hub.

Os switches, por sua vez, são mais “inteligentes”. Eles são capazes de analisar o tráfego que entra por um de suas portas e mapear o endereço MAC de origem e o endereço MAC de destino. Isso é feito de forma bastante simples. Quando um dispositivo é conectado à uma porta de um switch, assim que o primeiro frame atravessa aquela porta o switch associa o endereço MAC de origem à porta que ele se encontra conectado. Esta informação é armazenada em uma tabela. Trabalhando desta forma, em pouco tempo, todos os elementos conectados ao switch terão seus endereços MAC associados à porta na qual se encontram conectados. Quando um PC conectado à uma porta precisar enviar dados para um PC conectado à outra porta, o switch não precisa enviar estes dados para todas as portas. Ao invés disso, um “circuito” é fechado somente entre as portas onde os 2 PCs se encontram conectados. Ou seja, como resultado desta “inteligência adicional”, colisões não mais ocorrem e o modo CSMA/CD não mais é necessário. Assim sendo, switches permitem a operação em modo full duplex. Qualquer tipo de colisão – se vier à ocorrer – acontece apenas na porção que se encontra atrás da porta do switch. Por isso, em um switch, cada porta é tida como um domínio de colisão. Como switches conseguem analisar frames, diz-se que eles operam nas camadas 1 e 2 (e não apenas na 1, como os hubs).

E no que se refere aos “hub/switch”? Estes “bichos” existem, de fato? A resposta seria… SIM! Um hub/switch, por incrível que pareça, foi uma estratégia adotada por alguns fabricantes para “baratear” o custo dos switches. Na verdade, criaram uma arquitetura na qual temos um misto entre hubs e switches. Por exemplo, em um hub/switch de 8 portas, dependendo do modo como o fabricante implementou esta tecnologia, teríamos o equivalente à 2 hubs de 4 portas cada conectados à um switch. Ou seja, de quatro em quatro portas, a operação é como a de um hub, sem inteligência alguma. Porém, para um PC conectado ao grupo de portas 1 transmitir seus dados à um PC conectado ao grupo de portas 2, a operação é a mesma de um switch (tabelas MAC, etc). A figura abaixo ilustra este princípio. A comunicação entre as portas de um mesmo grupo (1-4, 5-8) é feita como num hub, enquanto que a comunicação entre os grupos (no exemplo, portas 4 e 5), é feita via switch. Portanto, você paga menos pois está adquirindo um switch de 2 portas, e não um de 8. Se você tiver apenas 2 máquinas, pode valer à pena 😉 .

huswitch2.gif

Quanto ao fato de serem ou não gerenciados, não importa no que se refere à definição de hubs, switches ou hub/switches. O fato de ser ou não gerenciado em nada altera seu modo de operação básico.

É sempre importante lembrar que, apesar de segmentar domínios de colisão, switches (e hubs, obviamente) não segmentam os domínios de broadcast, ou seja, switches propagam frames broadcast por todas as suas portas ativas (menos a que recebeu o frame). Desta forma, ao implementarmos um switch de 8 portas em uma rede, criamos 8 novos domínios de colisão, mas seguimos tendo apenas 1 domínio de broadcast.

Debates abertos!

Espero que tenham gostado! E sigam enviando suas questões para: [email protected]

Um abraço!

Marco.



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21 comentários

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  1. admbenitezz

    Muito boa explicação sobre esses dispositivos, mesmo sendo o básico de uma rede ainda existe muita gente que acaba achando que não existe diferença. E aproveitando a pergunta, gostaria de saber qual uma outra marca de switches gerenciaveis que poderiamos estar trabalhando com um custo mais baixo que os da cisco?
    Obrigado e ate +!!!

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  2. Fabio Luiz Pagoti

    obrigado Marco!

    fiquei confuso em uma parte apenas, quando você diz “Qualquer tipo de colisão – se vier à ocorrer – acontece apenas na porção que se encontra atrás da porta do switch.”
    deixe ver se entendi.. a colisão só ocorre caso o host A tenta mandar um frame para o host B e vice versa ao mesmo tempo? não existem buffers nas portas do SW?

    vlw abraços!

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  3. Zzz

    Admbenitezz,

    Existem diversas marcas, tais como 3Com, Enterasys, Dell, Netgear, Brocade, Extreme, Foundry, assim como podem ter várias outras funções implementadas, o Post http://blog.ccna.com.br/2008/12/07/pr-quais-as-diferencas-entre-switches-l2-e-l3/ fala dessas demais funcionalidades que podem ter, assim voce escolhe a marca dependendo do tipo de uso especifico, mas algumas podem ter modelos até mais caras que os da Cisco.

    Fabio,

    A colisão tambem pode ocorrer devido a interferencias, os SWs possuem buffer mas a colisão ocorre após o encaminhamento do pacote e só quem “ouve” a colisão é o dispositivo conectado nessa porta, e a propria porta do switch, mas não causa nenhum impacto nos outros dispositivos conectados nas outras portas.

    Acho que eh isso,

    Abraços

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  4. Marcelo Melo

    Legal o post. eu mesmo não sabia muito bem o que seria um hub/switch.
    Vlw Marco.

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  5. Marco Filippetti

    Fabio, de alguma forma eu imaginava que esta questão apareceria 😉 . O que isso quer dizer é que ao colocar um switch em uma rede, cada porta deste switch cria um novo segmento físico de rede. Colisões apenas podem ocorrer nestes segmentos, ou seja, se você conectar um hub, por exemplo, a uma porta de um switch, as colisões ficam restritas ao segmento atrás da porta do switch. Entendeu? Entre os 2 PCs conectados às portas de um switch, em modo full duplex, não ocorrem colisões.

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  6. Fernando Nogueira

    Muito bom o post Marco. Na faculdade tivemos uma aula e um debate sobre Hub e Switch para entender-mos as diferenças entre eles. Seu post foi muito esclarecedor, e confesso que a questão Hub/Switch somente na teoria é mais complicado de entender (pelo menos para mim, que onde trabalho não tenho contato com equipamentos).

    Thank’s Marco.

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  7. Marcelopebo

    Excelente explicação.

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  8. Guto Melo

    Essa de dividir o hub em duas partes nao conhecia, obrigado pela resposta!

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  9. Mizael Andrade Reis

    Muito Bom.Vlw Marco.

    Mizael

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  10. minicz

    Marco, parabéns por mais esse post.

    Gostaria de chamar a atenção de um ponto. Sei que não é o objetivo principal de seu post mas é uma fonte de muitos erros. Você colocou que redes com hubs trabalham em half-duplex, por conseqüência o método de acesso ao meio é o CSMA/CD. O ponto que quero chamar a atenção é que quando usamos switches podemos configurar as portas em half-duplex ou em full-duplex. No caso de utilizarmos full-duplex o método de acesso ao meio NÃO é mais o CSMA/CD, mas sim um método de contenção.

    Esse método de contenção prevê que caso um hospedeiro (host/PC/servidor) envie quadros em uma taxa maior que o switch pode encaminhar, o switch envia um quadro especial dizendo para que o hospedeiro reduza o rítmo.

    Bem, alguém pode perguntar: mas e se eu “pendurar” um hub em uma porta de um switch? Nesse caso, essa porta do switch passa a trabalhar em half-duplex e utilizar o CSMA/CD.

    Outra diferença entre um hub e um switch é que todas as portas de um hub tem que funcionar em uma única velocidade. Já os switches permitem que em cada porta seja configurado uma velocidade e se ela é half- ou full-duplex.

    Você deu o exemplo de um hub de 8 portas, funcionando a 100 Mbps. Nesse caso, se uma das máquinas “penduradas” no hub tiver sua configuração alterada para funcionar a 10 Mbps, TODO o hub passará a trabalhar nessa velocidade.

    Minicz

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  11. Marco Filippetti

    Minicz, perfeito 😀 ! Eu chego a mencionar no post que CSMA/CD não é utilizado se o modo full duplex estiver “on”. Mas não entrei no nível de detalhe que você coloca acima. Muito bom! Obrigado!

    Um abs!

    Marco.

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  12. Fabio Luiz Pagoti

    Valeu pela explicação ZZZ (?) e Marco!

    está aí um assunto que agente tem certeza que sabe tudo e no final das contas não é bem assim que é…
    Aquele ‘3NC0r3’ preto de trinta reais que se vê na sta efigênia é um exemplo de hub/switch?

    abraços!

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  13. Marco Filippetti

    Grande Fábio! Para ter certeza, só vendo as especificações do equipamento ANTES da compra… normalmente, os hub/switches tem este termo escrito na caixa.

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  14. Guilherme França

    Uma aulinha básica de SW e HUB!

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  15. Fernando Avelino

    Muito bom Marco, parabéns excelente explicação!!!!!

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  16. TiaguinhoCCNA

    Muito bom vlw

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  17. cacheffo

    Excelente.

    Aproveitando a oportunidade gostaria, se possível, uma explicação sobre o funcionamento de switches que trabalham com varias VLANs na mesma porta.

    Obrigado.

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  18. Carlos Almeida

    Muito bom o post!!!

    Bem explicado a diferença dos três equipamentos!! Valeu!

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  19. brunorec

    Exelente post!! Eu sabia um pouco da diferença dos dois, mas não sabia muito.
    Marco eu ainda não entendi o conceito de dominio de colisão e broadcast.
    Abraço!!

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  20. Edson Lima

    Já conhecia as diferenças superficialmente, mas não neste nível.
    Excelente post, pena que só descobri tanto tempo depois.
    O acréscimo do comentário do Minicz em 11/12/08, clareou mais ainda.
    Parabéns Marcos mais uma vez pelo excelente post e ao Minicz pela contribuição.

    Muito bom Marco, parabéns excelente explicação!!

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  21. jardel Vieira de Souza

    Explicação excelente…. Parabéns

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