O que são Dispositivos de Rede: Roteadores, Switches e Hubs?

Os dispositivos de rede são essenciais para a construção de qualquer infraestrutura de comunicação de dados, seja em redes locais (LANs), redes de longa distância (WANs) ou até mesmo na interconexão de redes globais como a internet. Eles desempenham papéis específicos na comunicação, facilitando o tráfego de dados entre dispositivos, como computadores, servidores, impressoras e outros equipamentos conectados. Entre os dispositivos mais comuns em redes, destacam-se os roteadores, switches e hubs. Cada um desses dispositivos tem uma função única e características técnicas que os tornam indispensáveis em diferentes cenários de rede. Neste artigo, vamos explicar de maneira objetiva o que são esses dispositivos, como funcionam e qual é a diferença entre eles.

1. Roteadores

O roteador é um dispositivo responsável por interconectar diferentes redes, encaminhando pacotes de dados entre elas. Ele opera na camada 3 do modelo OSI (camada de rede) e utiliza endereços IP para determinar o caminho mais eficiente para enviar os dados de uma rede para outra. Isso significa que o roteador pode conectar uma rede local (LAN) à internet (WAN) ou interligar diversas LANs. Além disso, ele realiza funções adicionais, como NAT (Network Address Translation), que traduz os endereços IP privados de uma rede local para um único IP público utilizado na comunicação com a internet.

A principal função de um roteador é encaminhar pacotes de dados para destinos diferentes, com base nas informações contidas nas tabelas de roteamento, que são atualizadas de acordo com as mudanças na rede. Quando um pacote chega ao roteador, ele analisa o endereço IP de destino e decide qual será o próximo salto para que o pacote chegue ao seu destino final. Esse processo é baseado em protocolos de roteamento, como RIP (Routing Information Protocol), OSPF (Open Shortest Path First) e BGP (Border Gateway Protocol), que ajudam a manter as tabelas de roteamento atualizadas.

Além de fazer o roteamento de pacotes, o roteador também oferece funções de segurança, como firewall integrado, para proteger a rede interna de acessos não autorizados. Outro recurso comum nos roteadores modernos é o suporte a QoS (Quality of Service), que prioriza o tráfego de determinados tipos de dados (como vídeo ou voz) para garantir que a rede funcione de maneira otimizada.

2. Switches

O switch é um dispositivo de rede utilizado para conectar múltiplos dispositivos dentro de uma rede local (LAN). Ele opera na camada 2 do modelo OSI (camada de enlace de dados), o que significa que sua principal função é encaminhar frames com base no endereço MAC (Media Access Control) de cada dispositivo. O switch é um dos dispositivos de rede mais usados em ambientes empresariais e domésticos, pois possibilita a comunicação eficiente entre os dispositivos conectados à rede.

Ao contrário dos hubs, que enviam os dados para todos os dispositivos conectados a ele, o switch realiza uma comutação inteligente. Ele examina o endereço MAC de cada dispositivo na rede e envia os dados apenas para o dispositivo de destino, o que melhora a eficiência e reduz o tráfego de rede. Esse processo é chamado de switching. Além disso, o switch mantém uma tabela de endereços MAC, que armazena informações sobre quais dispositivos estão conectados a cada uma de suas portas. Quando um frame chega ao switch, ele verifica a tabela para determinar a porta de destino.

Os switches modernos podem operar com diferentes velocidades, como 10/100/1000 Mbps (Gigabit Ethernet) ou até mesmo 10 Gbps e mais, dependendo do tipo de switch. Além disso, muitos switches oferecem recursos como VLANs (Virtual LANs), que permitem segmentar uma rede em várias redes lógicas, aumentando a segurança e o desempenho. Outro recurso útil é o PoE (Power over Ethernet), que permite fornecer alimentação elétrica aos dispositivos conectados ao switch através do mesmo cabo de rede, eliminando a necessidade de fontes de alimentação separadas.

3. Hubs

O hub é um dispositivo de rede mais simples e obsoleto, que serve para conectar múltiplos dispositivos dentro de uma rede local. Ele também opera na camada 1 do modelo OSI (camada física) e tem a função de transmitir os sinais elétricos entre os dispositivos conectados a ele. No entanto, o hub não é inteligente e não realiza a comutação dos dados de forma eficiente. Quando um pacote de dados chega a uma porta do hub, ele é enviado para todas as outras portas, independentemente de qual dispositivo seja o destino. Isso cria uma topologia de barramento, onde todos os dispositivos recebem os dados, mas apenas o dispositivo de destino os utiliza, o que resulta em congestionamento e colisões.

Devido à falta de inteligência na transmissão, os hubs não são mais utilizados em redes modernas. Eles foram substituídos por switches, que são mais eficientes e proporcionam um desempenho muito melhor. Mesmo assim, hubs ainda podem ser encontrados em redes pequenas ou em ambientes de testes. A principal vantagem dos hubs em relação aos switches é o custo mais baixo, mas a falta de comutação inteligente torna a solução menos escalável e menos eficiente.

Uma característica importante dos hubs é que eles não filtram o tráfego, ou seja, qualquer dado transmitido por um dispositivo é enviado a todos os outros dispositivos conectados. Isso pode resultar em um desperdício de largura de banda, além de ser uma preocupação de segurança, pois qualquer dispositivo conectado à rede pode capturar os dados destinados a outro dispositivo.

4. Diferenças entre Roteadores, Switches e Hubs

Apesar de os roteadores, switches e hubs estarem todos envolvidos no processo de comunicação de dados dentro de uma rede, cada um desempenha uma função específica, e suas diferenças são notáveis.

• Roteadores operam na camada 3 do modelo OSI e são responsáveis por encaminhar pacotes de dados entre diferentes redes. Eles trabalham com endereços IP e podem interconectar redes locais com a internet ou diferentes LANs.
• Switches operam na camada 2 do modelo OSI e são usados para conectar dispositivos dentro de uma rede local. Eles comutam frames com base no endereço MAC e oferecem uma comunicação mais eficiente e rápida do que os hubs.
• Hubs operam na camada 1 do modelo OSI e são dispositivos mais simples, que apenas retransmitem os sinais recebidos para todos os dispositivos conectados. Eles são menos eficientes e mais suscetíveis a problemas de congestionamento e colisões.

5. Aplicações e Cenários de Uso

• Roteadores são usados para conectar redes diferentes, como uma rede doméstica à internet, ou para interconectar várias LANs em um ambiente corporativo. Eles também são responsáveis pela segurança de rede, por meio de firewalls e outras ferramentas.
• Switches são usados em ambientes locais para conectar dispositivos como computadores, impressoras e servidores. Eles são comuns em empresas de médio e grande porte e em datacenters, onde o tráfego de dados é intenso e a comunicação precisa ser rápida e eficiente.
• Hubs, embora obsoletos em redes modernas, podem ser encontrados em redes simples ou em redes de baixo custo, onde o tráfego não é intenso e a eficiência não é uma grande preocupação.

Visão do Especialista

A escolha entre um roteador, switch ou hub depende do tipo de rede que se deseja construir e da complexidade da comunicação necessária. Em redes pequenas e simples, como em uma residência, um roteador pode ser suficiente para conectar a rede local à internet, enquanto um switch pode ser usado para interconectar dispositivos de forma eficiente. Em redes maiores e mais complexas, a combinação de roteadores e switches é essencial para garantir a eficiência, escalabilidade e segurança. Por outro lado, os hubs são dispositivos antiquados e devem ser evitados em ambientes modernos, pois não oferecem a mesma eficiência e desempenho que os switches.

Fontes:

• Tanenbaum, Andrew S., and David J. Wetherall. Computer Networks. 5th ed., Pearson, 2010.
• Kurose, James F., and Keith W. Ross. Computer Networking: A Top-Down Approach. Pearson, 2017.
• Forouzan, Behrouz A. Data Communications and Networking. 5th ed., McGraw-Hill, 2013.
• Stallings, William. Network Security Essentials: Applications and Standards. 6th ed., Pearson, 2017.