Comutador (redes): diferenças entre revisões

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Revisão das 10h33min de 5 de julho de 2020

O comutador (em inglês, switch) é um dispositivo utilizado em redes de computadores para reencaminhar pacotes (frames) entre os diversos nós. Possuem portas, assim como os concentradores (hubs), sendo que a principal diferença é o comutador segmentar a rede internamente já que cada porta corresponde um domínio de colisão diferente, eliminando assim a colisão entre pacotes de segmentos diferentes. Outra importante diferença está ligada à gestão da rede, com um switch pode-se criar VLANs, deste modo a rede gerida será dividida em menores segmentos, onde identifica cada porta e envia os pacotes somente para a porta destino, evitando assim que outros nós recebam os pacotes.^[1]

Funcionamento

Os switches operam semelhantemente a um sistema telefónico com linhas privadas. Neste sistema, quando uma pessoa liga para outra, a central telefónica conecta-as numa linha dedicada, possibilitando um maior número de conversações simultâneas.

Um comutador opera na camada 2 (enlace) do modelo OSI, encaminhando os pacotes de acordo com o endereço MAC de destino, e é destinado a redes locais para segmentação. Porém, atualmente (2005) existem comutadores que operam em conjunto na camada 3 (rede), herdando algumas propriedades dos roteadores (routers).

O switch aprende com a rede e depois apenas encaminha para os endereços conhecidos. Exemplo de funcionamento: considere uma rede com 4 computadores (A, B, C e D) conectados nas portas 1, 2, 3 e 4 respectivamente, onde o computador A envia um frame ao computador D, o comutador ainda não sabe aonde está o computador D por isso ele faz broadcast para todas as outras 3 portas (2, 3 e 4), mas ele já gravou que o computador A está na porta 1. Em outro momento, o computador C envia um frame ao computador A, então o comutador não precisa mais fazer broadcast porque ele já aprendeu que o computador A está na porta 1, então ele envia somente para esta porta, e também já aprendeu que o computador C está na porta 3, e assim sucessivamente até aprender em quais portas estão todos os computadores da rede, a partir de então ele envia somente à porta de destino específico (unicast).

Métodos de comutação

Existem 4 metodos de comutação que um comutador pode usar, dos quais do segundo ao quarto apresentaram melhora de desempenho quando usados em produtos "comutados" com a mesma largura de banda de entrada e saída de porta:

Store and forward: o comutador verifica cada quadro antes de encaminhá-lo; um quadro é recebido na íntegra antes de ser encaminhado.
Cut Through: O comutador, não propaga domínios, envia o frame após ler seu endereço MAC de destino. Não averigua o valor da soma de verificação.
Fragment Free: tenta utilizar os benefícios do Store-and-Forward e Cut Through. Verifica os primeiros 64 bytes do frame, onde as informações de endereçamento estão armazenadas.
Comutação adaptativa (adaptative switching): faz o uso dos outros três métodos. ^[2]^[3]

Diferenças entre Switch L2 e L3

Switch L2 utiliza o endereço MAC (nível 2) contido no pacote de dados para enviar a informação, enquanto que o Switch L3 utiliza os endereços de nível 2 ou nível 3 (um exemplo é o endereço IP) para determinar o destino do pacote, permitindo que os pacotes sejam roteados.

Classificação

De acordo com o método de endereçamento das tramas usadas

Store-and-Forward

Os switches de armazenamento e encaminhamento armazenam cada quadro em um buffer antes de trocar informações para a porta de saída. Enquanto o quadro está no buffer, o comutador calcula o CRC e mede o tamanho do quadro. Se o CRC falhar, ou o tamanho for muito pequeno ou muito grande (um quadro Ethernet está entre 64 bytes e 1518 bytes), o quadro será descartado. Se tudo estiver em ordem, ele será roteado para o porto de partida.

Este método garante operações sem erros e aumenta a confiança da rede. Mas o tempo usado para guardar e verificar cada quadro adiciona um tempo de atraso significativo ao processamento dos quadros. O atraso total, ou atraso, é proporcional ao tamanho dos quadros: quanto maior o quadro, mais tempo esse processo leva a realizar-se.

Cut-Through

Os interruptores de corte foram projetados para reduzir essa latência. Esses comutadores minimizam o atraso lendo apenas os primeiros 6 bytes de dados no quadro, que contém o endereço MAC de destino, direcionando-os imediatamente para ele.

O problema com esta opção é que ela não detecta quadros corrompidos causados por colisões (conhecidas como runts), nem erros de CRC. Quanto maior o número de colisões na rede, maior a largura de banda consumida ao rotear quadros corrompidos.

Há um segundo tipo de chave de interrupção, chamado sem fragmentos, que foi projetado para eliminar esse problema. O switch lê sempre os primeiros 64 bytes de cada quadro, garantindo que ele tenha pelo menos o tamanho mínimo e evitando o roteamento de runts pela rede.

Adaptive Cut-Through

Estes são os comutadores que processam quadros no modo adaptável e são compatíveis com armazenamento e envio e corte. Qualquer um dos modos pode ser ativado pelo administrador da rede ou o switch pode ser inteligente o suficiente para escolher entre os dois métodos, com base no número de quadros com falha que passam pelas portas.

Quando o número de quadros corrompidos atinge um determinado nível, o comutador pode alternar o modo de corte para o armazenamento e encaminhamento, retornando ao modo anterior quando a rede normaliza.

Os interruptores de corte são mais comumente usados em pequenos grupos de trabalho e pequenos departamentos. Nessas aplicações, é necessário um bom volume de trabalho ou taxa de transferência, pois os possíveis erros de rede permanecem no nível do segmento, sem afetar a rede corporativa.

Os switches de armazenamento e encaminhamento são usados em redes corporativas, onde o controle de erros é necessário.

Levando em consideração a forma de segmentação das sub-redes

Switches de capa 2

São comutadores tradicionais, que funcionam como pontes de várias portas. Seu principal objetivo é dividir uma LAN em vários domínios de colisão ou, no caso de redes em anel, segmentar a LAN em diferentes anéis. Eles baseiam sua decisão de envio no endereço MAC de destino que cada quadro contém.

Os switches da camada 2 permitem várias transmissões simultâneas sem interferir com outras sub-redes. No entanto, os switches da camada 2 não podem filtrar difusões

ou transmissões, multicasts (no caso em que mais de uma sub-rede contenha as estações pertencentes ao grupo multicast de destino), nem os quadros cujo destino ainda não foi incluído no a tabela de endereçamento.

Switches de capa 3

São os comutadores que, além das funções tradicionais da camada 2, incorporam algumas funções de roteamento ou routing, como a determinação do caminho com base nas informações da camada de rede (camada 3 do modelo OSI), validação da integridade do cabeamento da camada 3 por soma de verificação e suporte para protocolos de roteamento tradicionais (RIP, OSPF, etc)

Os switches da camada 3 também suportam a definição de redes virtuais (VLANs) e, dependendo dos modelos, permitem a comunicação entre as várias VLANs sem a necessidade de usar um roteador externo.

Ao permitir a união de segmentos de diferentes domínios de difusão ou broadcast, os switches da camada 3 são particularmente recomendados para a segmentação de redes LAN muito grandes, onde o simples uso dos switches da camada 2 causaria perda de desempenho e eficiência do ADSL , devido ao número excessivo de transmissões.

Pode-se dizer que a implementação típica de um switch de Camada 3 é mais escalável que um roteador, já que este último usa as técnicas de roteamento de Nível 3 e de Roteamento de Nível 2 como complementos, enquanto os comutadores sobrepõem a função de roteamento na parte superior do roteador. roteamento, aplicando o primeiro quando necessário.

Dentro dos switches da camada 3, temos:

Pacote por pacote

Basicamente, um pacote por comutador de pacotes é um caso especial de um comutador de armazenamento e encaminhamento porque, como esse, armazena e examina o pacote, calculando o CRC e decodificando o cabeçalho da camada de rede para definir a sua rota através do protocolo de roteamento adotado.

Cut-through

Um comutador de corte da camada 3 (que não deve ser confundido com um comutador de corte) examina os primeiros campos, determina o endereço de destino (através das informações dos cabeçalhos ou cabeçalhos das camadas 2 e 3) e, a partir desse momento, estabelece uma conexão ponto a ponto (no nível 2) para obter uma alta taxa de transferência de pacotes.

Cada fabricante possui seu próprio design para permitir a identificação correta dos fluxos de dados. Como exemplo, temos o "IP Switching" da Ipsilon, o "SecureFast Virtual Networking" da Cabletron, o "IP rápido" da 3Com.

Além disso, um switch Cut-Through da Camada 3, a partir do momento em que a conexão ponto a ponto é estabelecida, poderá operar no modo "Store-and-Forward" ou "Cut-Through".

Ver Também

Commons

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Referências

↑ «Definição». Consultado em 28 de setembro de 2016. Arquivado do original em 2 de outubro de 2016
↑ Dong, Jielin. Network Dictionary (em inglês). [S.l.]: Javvin Technologies Inc. p. 23. ISBN 9781602670006. Consultado em 25 de junho de 2016
↑ «Cray makes its Ethernet switches responsive to net conditions» (em inglês). IDG Network World Inc. 1 de julho de 1996. Consultado em 25 de junho de 2016

Ligações externas

https://www.palpitedigital.com/o-que-e-um-switch/

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[1] «Definição». Consultado em 28 de setembro de 2016. Arquivado do original em 2 de outubro de 2016

[Dong-2] Dong, Jielin. Network Dictionary (em inglês). [S.l.]: Javvin Technologies Inc. p. 23. ISBN 9781602670006. Consultado em 25 de junho de 2016

[3] «Cray makes its Ethernet switches responsive to net conditions» (em inglês). IDG Network World Inc. 1 de julho de 1996. Consultado em 25 de junho de 2016

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 Os switches operam semelhantemente a um sistema telefónico com linhas privadas. Neste sistema, quando uma pessoa liga para outra, a central telefónica conecta-as numa linha dedicada, possibilitando um maior número de conversações simultâneas.
-Um comutador opera na camada 2 ([[camada de enlace|enlace]]) do [[modelo OSI]], encaminhando os pacotes de acordo com o [[endereço MAC]] de destino, e é destinado a [[rede local|redes locais]] para segmentação. Porém, atualmente existem comutadores que operam em conjunto na camada 3 ([[Camada de rede|rede]]), herdando algumas propriedades dos [[roteador]]es (''routers'').
+Um comutador opera na camada 2 ([[camada de enlace|enlace]]) do [[modelo OSI]], encaminhando os pacotes de acordo com o [[endereço MAC]] de destino, e é destinado a [[rede local|redes locais]] para segmentação. Porém, atualmente (2005) existem comutadores que operam em conjunto na camada 3 ([[Camada de rede|rede]]), herdando algumas propriedades dos [[roteador]]es (''routers'').
 O switch aprende com a rede e depois apenas encaminha para os endereços conhecidos. Exemplo de funcionamento: considere uma rede com 4 computadores (A, B, C e D) conectados nas portas 1, 2, 3 e 4 respectivamente, onde o computador A envia um ''frame'' ao computador D, o comutador ainda não sabe aonde está o computador D por isso ele faz [[Broadcasting (rede de computadores)|''broadcast'']] para todas as outras 3 portas (2, 3 e 4), mas ele já gravou que o computador A está na porta 1. Em outro momento, o computador C envia um ''frame'' ao computador A, então o comutador não precisa mais fazer ''broadcast'' porque ele já aprendeu que o computador A está na porta 1, então ele envia somente para esta porta, e também já aprendeu que o computador C está na porta 3, e assim sucessivamente até aprender em quais portas estão todos os computadores da rede, a partir de então ele envia somente à porta de destino específico (''[[unicast]]'').