Um cabo compartilhado é a base para uma rede Ethernet completa, o que discutimos anteriormente. De qualquer forma, há limites práticos para o tamanho de nossa rede Ethernet nesse caso. A primeira preocupação é o comprimento do cabo compartilhado.

Os sinais elétricos se propagam muito rapidamente pelo cabo, mas se tornam mais fracos com a distância, e a interferência de aparelhos elétricos (como lâmpadas fluorescentes) pode prejudicar o sinal. Um cabo de rede deve ser curto o suficiente para que os dispositivos em cada ponta recebam o sinal sem interferências e sem atraso. Esse é o limite da distância máxima que separa dois dispositivos (também conhecido como diâmetro da rede) em uma rede Ethernet. Além disso, como em CSMA/CD um dispositivo único só pode transmitir num determinado momento, existem limites práticos para o número de dispositivos que podem coexistir em uma mesma rede. Se você conectar muitos dispositivos a um mesmo segmento compartilhado, a contenção do meio aumenta. Cada dispositivo terá de esperar um longo tempo antes de conseguir transmitir.

Os engenheiros desenvolveram uma série de dispositivos de rede que aliviam esses problemas. Muitos desses dispositivos não são específicos para a Ethernet, sendo utilizados em outras tecnologias também.

Repetidores

O primeiro meio popular de Ethernet foi um cabo coaxial de cobre conhecido como "thicknet." O comprimento máximo desse cabo era de 500 metros. Em grandes prédios ou campus de universidades, um cabo de 500 metros nem sempre era suficiente. Um repetidor resolve esse problema.

Os repetidores conectam múltiplos segmentos de Ethernet, ouvindo cada segmento e repetindo o sinal ouvido para todos os outros segmentos conectados. O uso desses aparelhos permite aumentar significativamente o diâmetro de uma rede.

Segmentação

Em nossa analogia da mesa, havia poucas pessoas à mesa, situação em que ter só uma pessoa falando de cada vez não chega a provocar problemas de comunicação. Mas o que aconteceria se fosse muita gente reunida e só um pudesse falar?

Na prática, sabemos que essa analogia gera situações como a que veremos a seguir. Em grandes grupos de pessoas, é normal que aconteçam diferentes conversas simultaneamente. Se, em uma sala lotada somente uma pessoa pudesse falar a qualquer momento, muitas pessoas ficariam frustradas esperando um momento para falar. Para os humanos, o problema se corrigiria automaticamente: O alcance da voz humana é limitado e o ouvido consegue focar em uma conversa específica mesmo que esteja em um ambiente barulhento. Por isso, é comum que existam diversas conversas simultâneas em uma mesma sala. Isso não acontece com os cabos de rede, já que eles conseguem carregar sinais rapidamente e de forma eficiente por longas distâncias.

As redes Ethernet enfrentaram problemas de congestionamento ao ficarem maiores. Se há um grande número de estações conectadas a um mesmo segmento e cada uma gera uma quantidade considerável de tráfego, muitas estações tentarão transmitir assim que houver uma oportunidade. Nessas circunstâncias, as colisões se tornariam mais frequentes e poderiam prejudicar outras transmissões, que levariam mais tempo para ser concluídas. Um jeito de reduzir os congestionamentos seria dividir cada segmento em múltiplos segmentos e assim criar múltiplos domínios de colisão. Essa solução cria um problema diferente, já que esses segmentos separados não conseguem trocar informação uns com os outros.

Pontes

Para aliviar os problemas da segmentação, as redes Ethernet implementaram as pontes. Elas conectam dois ou mais segmentos de rede, e assim aumentam o diâmetro da rede da mesma forma que os repetidores, mas as pontes também ajudam a regular o tráfego. As pontes podem enviar e receber transmissões do mesmo jeito que qualquer outro nó, mas elas não funcionam da mesma maneira que um nó comum. A ponte não gera nenhum tráfego (como os repetidores), apenas ecoa o que ouve das outras estações. (Essa última afirmação não é 100% precisa: as pontes na verdade criam um frame especial Ethernet que permite que elas se comuniquem com outras pontes, mas esse assunto não é analisado neste artigo).

Uma das características do meio compartilhado de acesso múltiplo da Ethernet é que toda estação conectada recebe qualquer transmissão, mesmo que a transmissão não seja endereçada à estação. As pontes usam esse recurso para distribuir o tráfego entre os segmentos. Na figura acima, a ponte conecta os segmentos 1 e 2. Se as estações A e B transmitirem, a ponte também receberá a transmissão no segmento 1. Como a ponte deveria responder a esse tráfego? Ela poderia transmitir automaticamente o frame para o segmento 2, como um repetidor. Isso não aliviaria o congestionamento, já que a rede estaria se comportando como um longo segmento.

Um dos objetivos da ponte é reduzir o tráfego desnecessário nos 2 segmentos. Ela examina o endereço de destino do frame antes de decidir o que fazer com ele. Se o endereço de destino está relacionado com a estação A ou B, o frame não precisa aparecer no segmento 2. Nesse caso, a ponte não faz nada. Na verdade, a ponte filtra ou descarta o frame. Se o endereço de destino é o da estação C ou D, ou se é um endereço broadcast, a ponte vai transmitir ou encaminhar o frame para o segmento 2. Ao encaminhar os pacotes, a ponte permite que qualquer um dos quatro dispositivos se comunique. Ao filtrar os pacotes, a ponte permite que a estação A transmita para a estação B ao mesmo tempo em que a estação C transmite para a estação D; assim, duas conversas acontecem simultaneamente.

Switches são versões modernas das pontes. Eles funcionam de maneira semelhante, mas oferecem um segmento dedicado para cada nó da rede

Roteadores: segmentação lógica

As pontes podem reduzir o congestionamento ao permitir múltiplas conversações simultâneas em segmentos diferentes, mas elas também têm seus limites na segmentação do tráfego.

Uma característica importante das pontes é que elas encaminham endereços broadcast da Ethernet para todos os segmentos conectados. Isso é necessário, já que os endereços broadcast são endereçados para todos os nós da rede. O problema é que as redes em ponte podem se tornar muito grandes. Quando um grande número de estações transmite em broadcast numa rede em ponte, o congestionamento pode ser imenso. Isso criaria uma situação semelhante a um congestionamento em um segmento simples.

Os roteadores são componentes avançados de rede que podem dividir uma rede em duas redes lógicas independentes. Os endereços broadcast da Ethernet cruzam as pontes em busca de cada nó da rede, mas não atravessam os roteadores, porque os roteadores criam uma barreira lógica para a rede.

Os roteadores operam com protocolos independentes da tecnologia específica da rede, como Ethernet ou token ring (vamos falar sobre o token ring mais adiante). Isso permite que os roteadores interconectem várias tecnologias de rede (local ou de longa distância) e foi um dos componentes que facilitaram a conexão de vários dispositivos em várias partes do mundo para formar a Internet.

Consulte Como funcionam os roteadores para obter informações detalhadas sobre essa tecnologia.