Cisco CCNAv7 - Topologias físicas e lógicas

Introdução

Você já viu as topologias de rede no módulo 1, como uma forma de desenhar a rede. Agora, com a camada de enlace, o conceito ganha uma segunda dimensão: como os dispositivos estão ligados (topologia física) e como os dados realmente circulam entre eles (topologia lógica). Entender essa diferença ajuda a explicar por que o controle de acesso ao meio funciona de um jeito em cada rede.

Topologia física e topologia lógica

Tipo	O que mostra	Exemplo de pergunta
Topologia física	A disposição real dos dispositivos e dos cabos	Quais equipamentos existem e como estão cabeados?
Topologia lógica	O caminho que os quadros seguem na rede, independentemente do cabeamento	Como um quadro vai de um dispositivo a outro?

A camada de enlace trabalha com a topologia lógica, pois ela define como o meio é compartilhado e como os quadros são trocados. A camada física lida com a topologia física.

Topologias de redes WAN

As redes WAN (Wide Area Network) interligam locais distantes, como a matriz e as filiais de uma empresa. As três topologias físicas mais comuns são:

Ponto a ponto

Dois dispositivos ligados diretamente um ao outro. É a mais simples.

flowchart LR
  A["Roteador A"] --- B["Roteador B"]

Como só há dois dispositivos, o controle de acesso ao meio é simples: cada lado sabe que o outro é o único possível destino. Muitos enlaces ponto a ponto usam linhas dedicadas.

Hub and spoke (estrela)

Um local central (o hub) tem ligação com cada filial (os spokes). As filiais se comunicam entre si passando pelo hub.

flowchart TB
  H["Matriz (hub)"] --- F1["Filial 1"]
  H --- F2["Filial 2"]
  H --- F3["Filial 3"]

Vantagem	Desvantagem
Poucos enlaces (um por filial)	O hub é um ponto único de falha
Gerenciamento centralizado	Todo o tráfego entre filiais passa pelo hub

Malha (mesh)

Cada local se liga a todos os outros (malha completa) ou a vários (malha parcial). Oferece alta disponibilidade, pois existem caminhos alternativos.

flowchart LR
  A["A"] --- B["B"]
  A --- C["C"]
  A --- D["D"]
  B --- C
  B --- D
  C --- D

O número de enlaces em uma malha completa com n locais é n × (n − 1) ÷ 2.

Locais (n)	Enlaces
3	3
4	6
5	10
10	45

Por isso, a malha completa é cara e só é usada onde a disponibilidade justifica o custo.

Topologias físicas de redes LAN

Nas redes locais, as topologias mais conhecidas são:

Topologia	Como é	Situação hoje
Estrela	Todos os dispositivos ligados a um ponto central (switch)	Mais usada
Estrela estendida	Várias estrelas ligadas entre si por seus pontos centrais	Muito usada em prédios e campi
Barramento	Todos ligados a um único cabo (coaxial)	Legada
Anel	Cada dispositivo se liga a dois vizinhos, formando um círculo	Legada (Token Ring, FDDI)

flowchart TB
  S["Switch central"] --- A["PC 1"]
  S --- B["PC 2"]
  S --- C["PC 3"]
  S --- D["Impressora"]

flowchart TB
  S0["Switch principal"] --- S1["Switch 1"]
  S0 --- S2["Switch 2"]
  S1 --- A["PC 1"]
  S1 --- B["PC 2"]
  S2 --- C["PC 3"]
  S2 --- D["PC 4"]

Topologias lógicas

Existem dois tipos básicos de topologia lógica:

Topologia lógica	Como funciona	Exemplo
Ponto a ponto	Um nó se comunica diretamente com outro único nó	Enlace entre dois roteadores
Multiacesso	Vários nós compartilham o mesmo meio, e cada um pode ser o destino do quadro	Ethernet com hub, Wi-Fi

Redes multiacesso e o controle de acesso

Em uma rede multiacesso, os dispositivos disputam o mesmo meio. É preciso uma regra para evitar que dois transmitam ao mesmo tempo e causem colisões. Essas regras são os métodos de controle de acesso ao meio, assunto do próximo post.

Topologia lógica	Precisa de controle de acesso?
Ponto a ponto	Quase nada, pois só há dois nós
Multiacesso	Sim, para evitar ou tratar colisões

E o anel lógico?

Em redes antigas (Token Ring e FDDI), os quadros circulavam em um anel lógico, passando de nó em nó, em sequência. Hoje isso é raro, mas ajuda a entender o conceito de acesso controlado, que você verá adiante.

Mini laboratório: construindo topologias no Packet Tracer

Objetivo: montar topologias em estrela e estrela estendida e comparar o físico com o lógico.

Parte 1: estrela

Adicione 1 switch 2960 e 4 PCs (PC0 a PC3).
Ligue cada PC ao switch com cabo Copper Straight-Through.
Configure os IPs 192.168.10.1 a 192.168.10.4, máscara 255.255.255.0.
Do PC0, faça ping para os outros três PCs.

Parte 2: estrela estendida

Adicione mais um switch e dois PCs (PC4 e PC5), com IPs 192.168.10.5 e 192.168.10.6.
Ligue o segundo switch ao primeiro com cabo Copper Cross-Over (ou direto, se o Auto-MDIX estiver ativo).
Ligue PC4 e PC5 ao novo switch.
Do PC0, faça ping para o PC5.

Parte 3: hub versus switch

Troque o switch da Parte 1 por um hub (em Network Devices > Hubs).
Mude para o modo Simulation e envie um ping do PC0 para o PC1.
Observe para quantos dispositivos o quadro é copiado. Repita com o switch.

Dispositivo central	O quadro é copiado para…
Hub	?
Switch (depois de aprender os MACs)	?

Perguntas para fixar:

Qual é a topologia física da Parte 1? E a lógica com o hub?
Quantos enlaces teria uma malha completa entre 6 filiais?
Qual é o ponto único de falha em uma topologia hub and spoke?

Ver respostas

Dispositivo central	O quadro é copiado para…
Hub	Todas as outras portas (comporta-se como um barramento lógico)
Switch	Apenas a porta do destino (depois de aprender o MAC); na primeira vez, o quadro pode ir a todas as portas

Física: estrela. Com o hub, a lógica é de barramento (multiacesso).
6 × 5 ÷ 2 = 15 enlaces.
O hub (a matriz). Se ele falhar, as filiais ficam isoladas entre si.

Resumo

A topologia física mostra como os dispositivos e os cabos estão dispostos; a topologia lógica mostra como os quadros circulam.
Nas WANs, as topologias comuns são ponto a ponto, hub and spoke e malha.
Nas LANs, predominam a estrela e a estrela estendida. Barramento e anel são legados.
Topologias lógicas: ponto a ponto (dois nós) e multiacesso (meio compartilhado).
Redes multiacesso precisam de controle de acesso ao meio para lidar com colisões.