Redes: LAN/WAN, VLAN (802.1Q), switch (MAC) × roteador (IP), MPLS, SD-WAN

A ideia que organiza o assunto

Ligar dois computadores é fácil. O problema é ligar bilhões deles, de fabricantes diferentes, sobre meios diferentes — fibra, cobre, rádio —, sem que ninguém precise combinar nada com ninguém de antemão.

A solução é velha e é uma só: camadas. Cada camada resolve um problema específico e oferece um serviço à camada de cima, escondendo dela como o resolveu. O enlace entrega um quadro ao vizinho no mesmo meio; a rede entrega um pacote a uma máquina em qualquer lugar do mundo; o transporte entrega um fluxo a um processo dentro daquela máquina.

Isso não é pano de fundo: é o método de resolver a prova. Quase metade dos itens errados deste tópico troca uma coisa de camada — o switch lendo IP, a camada de rede cifrando, o LLC alocando o canal, o STP rodando em roteadores. Antes de julgar qualquer item, pergunte em que camada aquilo acontece. Se a resposta não bate com o equipamento ou o protocolo citado, o item está errado e você não precisou de mais nada.

Por que se usa (e o que custa)

Ganha-se independência. Trocar cobre por fibra não muda nada acima da camada

1. Trocar IPv4 por IPv6 não obriga a reescrever o TCP. Um fabricante inova dentro de uma camada sem pedir licença às outras — e é por isso que a Internet cresceu sem dono.

Paga-se em sobrecarga: cada camada acrescenta o próprio cabeçalho, e uma mensagem de um byte viaja dentro de um segmento dentro de um pacote dentro de um quadro. E paga-se em diagnóstico, porque o problema pode estar em qualquer camada.

Como funciona

As duas pilhas. O OSI tem sete camadas — física, enlace, rede, transporte, sessão, apresentação, aplicação — e é modelo de referência. A pilha TCP/IP, que é a que roda, tem quatro: acesso à rede, Internet, transporte, aplicação. As três superiores do OSI correspondem, juntas, à aplicação do TCP/IP.

O switch aprende, pelo MAC de origem dos quadros que chegam, em que porta está cada máquina. Quadro para MAC conhecido sai só pela porta certa; para MAC desconhecido, é inundado. O que ele não faz é separar broadcast: sem VLANs, todas as portas estão no mesmo domínio de difusão.

VLAN corrige isso sem trocar equipamento. É um domínio de broadcast criado logicamente, e o 802.1Q o implementa inserindo 4 bytes no quadro, com identificador de 12 bits. Um enlace trunk carrega várias VLANs etiquetadas; a VLAN nativa trafega sem etiqueta. E como VLANs são domínios distintos, conversar entre elas exige camada 3.

Endereçamento. A máscara diz quantos bits iniciais são de rede; /24 são 24 de rede e 8 de host, 256 endereços e 254 atribuíveis — o primeiro é o da rede e o último o de broadcast. As faixas privadas não são roteáveis, e o NAT as traduz na saída, multiplexando muitos hosts em um IP público pelas portas.

ARP costura as camadas 2 e 3: dado o IP no mesmo segmento, descobre o MAC. O ICMP vive na camada 3 e é diagnóstico — nunca encaminha.

Transporte. O TCP estabelece conexão com o handshake de três vias, numera, retransmite, entrega em ordem e controla fluxo e congestionamento. O UDP não faz nada disso, e é por isso que serve voz, vídeo e DNS, onde chegar tarde é pior do que não chegar.

Roteamento. Dentro de um sistema autônomo, o RIP (vetor de distância) e o OSPF (estado de enlace, Dijkstra); entre sistemas autônomos, o BGP (vetor de caminho). MPLS encaminha por rótulos ao longo de um caminho previamente estabelecido — é orientado à conexão. SD-WAN é outra coisa: sobreposição por software sobre vários transportes, escolhendo caminho por política.

O que decide os itens

A camada de cada coisa — a distinção que decide mais itens que todas as outras somadas:

	camada	decide por	separa
hub / repetidor	1 — física	nada	nada: um só domínio de colisão
switch / bridge	2 — enlace	MAC	domínios de colisão
roteador / switch L3	3 — rede	IP	domínios de broadcast

Protocolos, pela mesma lógica: HTTP, SMTP, IMAP, LDAP e DNS são aplicação; TCP, UDP e SCTP são transporte; IP, ICMP e ARP são rede.

Unidade de dados — quadro é enlace, pacote é rede, segmento é transporte. A palavra usada no item costuma entregar a camada correta.

TCP × UDP — conexão e confiabilidade estão ambas no TCP. O UDP tem checksum e mais nada: sem confirmação, sem retransmissão, sem ordem, sem controle de fluxo.

Colisão × broadcast — o switch separa colisão; só o roteador (ou a VLAN) separa broadcast.

RIP × OSPF × BGP — interno/saltos, interno/custo, externo/política. E o transporte de cada um: RIP sobre UDP, OSPF direto sobre IP, BGP sobre TCP.

Comutação de pacotes × de circuitos — o TCP/IP pressupõe pacotes; o MPLS estabelece caminho antes, e por isso é orientado à conexão.

Números que caem

Estes são pura memória, e respondem por 8% dos itens errados do tópico.

endereço IPv4 × IPv6	32 × 128 bits
etiqueta 802.1Q	4 bytes, VID de 12 bits → 4.096 valores, 1 a 4094 utilizáveis
MTU Ethernet × jumbo frame	1.500 × cerca de 9.000 bytes (quadro padrão: 1.518)
Ethernet · Fast · Gigabit	10 · 100 · 1.000 Mbps
802.11 b · a/g · n	11 · 54 · até 600 Mbps
Cat 6 × Cat 6a em 10GBASE-T	55 m × 100 m
RIP: limite de saltos	15
cabeçalho TCP × UDP	20 × 8 bytes
handshake × encerramento	3 vias × 4 segmentos (FIN e ACK em cada sentido)
portas	SMTP 25 · POP3 110 · IMAP 143 · HTTP 80 · HTTPS 443 · LDAP 389 · SNMP 161/162 · BGP 179
hosts em /24 · /30	254 · 2

Como a CEBRASPE derruba você aqui

Medido sobre os 123 itens errados já explicados do tópico. Os três formatos maiores somam 79% deles, e a defesa contra os dois maiores é a mesma pergunta: de que camada é isso?

Termo trocado pelo vizinho — 41%, o formato mais frequente. O vizinho preferido é o outro protocolo de transporte. Ou o item empresta ao UDP o que é do TCP — “que é orientado à conexão e confiável, implementa acknowledgements”, “ela é considerada confiável, uma vez que esse protocolo é orientado à conexão e garante a entrega dos pacotes”, “Por garantir o controle de erros e a retransmissão de pacotes perdidos” —, ou tira do TCP exatamente aquilo que o define: “o computador receptor não conseguirá reagrupar os dados”, “sem oferecer garantia de que o pacote não sofreu perdas”. A mesma manobra sobe e desce a pilha: a camada de Internet descrita como “orientada à conexão”, o MPLS como “não orientada à conexão”, o HTTP e o SMTP “opera na camada de transporte”, “switches L2 roteiam pacotes IP”, VLAN “operam na camada 5 do modelo OSI”. Defesa: antes de julgar a frase, nomeie a camada do termo citado e pergunte quem, naquela camada, tem a propriedade afirmada. Conexão e confiabilidade são do TCP; endereço IP e encaminhamento, da camada 3; MAC e quadro, da 2.

Duas metades certas, nos lugares trocados — 20%. Nenhuma palavra é falsa; o que está errado é qual descrição ficou sob qual nome. “Em um switch, o pacote de dados é extraído do quadro e o endereço da rede contido no pacote é usado para decidir para onde enviá-lo” — isso é roteador. Ou “os roteadores têm a função de conectar as redes de mesma tecnologia, cabendo aos switches conectar aquelas de tecnologias diferentes”. Ou “o POP3 é o protocolo padrão para o envio de mensagens eletrônicas”. Ou “a primeira identifica o host dentro de uma rede”, dita dos bits iniciais do endereço, que identificam a rede. A variante mais curta é a negativa: o item nega a propriedade que dá razão de ser ao equipamento — “Roteadores não são capazes de filtrar mensagens broadcast”, uma WAN que “não utiliza roteadores conectados entre as linhas de transmissão”. Defesa: confira o par, não cada metade; e se o item negar a característica que define o equipamento, ele já se entregou.

A função certa, na camada errada — 18%. A ação existe, o executor existe, só a camada atribuída não é a dele: “a camada de rede suporta a conversão de formatos de dados e a criptografia” (apresentação, camada 6), “A camada de transporte do TCP é encarregada de endereçar o destino do pacote” (porta endereça processo, IP endereça máquina), “a subcamada LLC é responsável por determinar como e para qual solicitante o canal de transmissão será alocado” (é a MAC), bridge e switch que “operam na camada de rede”, o WAF “na camada de transporte da pilha TCP/IP”, o TLS “criptografando dados diretamente entre os protocolos TCP e IP”. Some-se a isso o escopo esticado (5%), que no tópico é quase sempre a mesma coisa em outra roupa: “Um switch camada 2 (layer 2) pode substituir um roteador que interliga três redes de comunicação diferentes”. Defesa: a tabela de equipamentos acima resolve a maior parte — camada, critério de decisão, o que separa. Para protocolo, o teste é o mesmo: ICMP e ARP não são de transporte, HTTP e SMTP não são de rede.

Número alterado — 8%. “O IPV6 utiliza endereços de 32 bites”, “identificador de 64 bits”, “sendo cada quadro limitado ao tamanho de 1.518 bytes”, 802.11n “sendo capaz de atingir até 1 Gbps”, encerramento do TCP “por meio da sinalização de dois segmentos TCP do tipo FIN”. É o formato mais barato de escrever, e a tabela de números acima é a defesa inteira.

Causa inventada — 5%. A conclusão é plausível e a justificativa não se sustenta: “nas intranets, essa locomoção ocorre por meio da comutação de circuitos”, “por essa razão, não são atribuídas prioridades aos pacotes”, um roteador que “só poderá ter duas interfaces de rede”. Leia a oração causal como se fosse um item separado — ela costuma ser a metade falsa.

Generalização — 3%, o formato mais raro aqui. “Independentemente de configurações de permissões e limitações de hardware e de software”, “sua única desvantagem em relação ao routing”, “switches de qualquer fabricante”, “necessita apenas de dois parâmetros: o endereço IP e o gateway padrão”. Achado o absoluto, procure o contraexemplo que ele exclui.

Erros clássicos

Achar que o modelo OSI é o que roda. Não roda: a pilha real é a TCP/IP. O OSI é referência — e é por ser referência que a prova o usa para localizar conceitos.

Confundir o que o switch aprende com o que ele decide. Aprende pelo MAC de origem, decide pelo de destino.

Somar rede e broadcast aos hosts. Uma /24 tem 256 endereços e 254 hosts. A diferença de dois é o erro de cálculo mais frequente do tópico.

Supor que VLAN é segurança por si só. VLAN separa difusão. Isolar tráfego entre elas ainda depende de política na camada 3.

Tratar MPLS e SD-WAN como sinônimos. MPLS é encaminhamento por rótulo, de operadora; SD-WAN é sobreposição que pode usar MPLS como um de seus transportes.

Achar que o Ethernet moderno usa CSMA/CD. Usa em meio compartilhado e half-duplex, que é história; a rede comutada full-duplex não tem colisão. Já o Wi-Fi usa CSMA/CA, que é outra coisa e cai com frequência.