Introdução

Bem-vindo a nossa prática de configuração de rede local – switches. Esta prática ajudará você a compreender a necessidade de um switch. Entender o funcionamento, as configurações e as aplicações permitem utilizá-lo adequadamente no projeto, operação e manutenção de uma rede. Vamos começar com os conceitos e aplicações dos switches.

Switches

Os switches são um dos componentes principais de uma rede. Conectam diversos dispositivos, como computadores, WAP (Wireless Access Point, Ponto de Acesso Sem Fio)), impressoras e servidores em uma mesma rede, instalada em um prédio, por exemplo, ou em um campus. Um switch possibilita que os dispositivos conectados compartilhem e troquem informações entre si.

Switches não gerenciados

Foram desenvolvidos com a finalidade de ao serem ligados funcionassem imediatamente, sem necessidade de configuração. Tais switches geralmente servem para o básico da conectividade. É comum em redes residenciais, ou onde são necessárias poucas portas, por exemplo, um pequeno escritório, um pequeno laboratório ou em um local para videoconferência.

Switches gerenciados

Os switches gerenciados proveem melhorias em segurança, na quantidade de recursos e flexibilidade, pois é possível configurá-los para se adequarem à rede. Com esse controle maior, pode dar mais segurança à rede e melhorar a qualidade de serviço para os usuários da rede. Os switches aprendem (identificam) quais elementos estão conectados a cada um dos segmentos de suas portas. Examinam o tráfego de entrada, processam os endereços MAC de todos os elementos conectados a cada porta e utilizam esta informação para construir a tabela de endereçamento local (Tabela MAC). A Figura 1 a seguir ilustra um exemplo de um switch de 24 portas.

Classificação dos Switches

Os switches são dispositivos store-and-forward  (armazena e encaminha), pois guardam cada quadro em um buffer (memória) antes de encaminhá-lo para uma determinada porta de saída. Com o quadro ainda no buffer, o switch calcula o CRC (Cyclic Redundancy Check) e mede o tamanho do quadro. Se o CRC falhar, ou o tamanho for muito pequeno ou muito grande (um quadro Ethernet tem de 64 a 1518 bytes) o quadro é descartado. Se estiver tudo certo o quadro é encaminhado para a porta de saída. Tal método assegura operações sem erro (através de retransmissões) e aumenta a confiabilidade da rede. Porém, o tempo que leva para guardar e conferir cada quadro adiciona uma grande latência (atraso) ao processamento dos quadros. A latência total é proporcional ao tamanho dos pacotes. Quanto maior o pacote, maior o delay (atraso).

Cut-ThroughForam desenvolvidos para reduzir a tal latência. Tais switches minimizam o delay ao ler apenas os primeiros 6 bytes do pacote, que têm o endereço MAC de destino, e já encaminha o pacote. Entretanto, pacotes corrompidos por colisões (conhecidos como runts) não detectam, nem erros de CRC. Quanto maior a quantidade de colisões na rede, maior será a banda consumida com o encaminhamento de pacotes corrompidos.

O segundo tipo de switch cut-through, fragment free, foi desenvolvido para eliminar tal problema. Assim, o switch lê sempre os primeiros 64 bytes de cada pacote, com isso assegura que o quadro tenha pelo menos o tamanho mínimo e evita-se o encaminhamento de runts na rede.

Adaptative Cut-Through

Os switches que processam pacotes no modo adaptativo suportam tanto store-and-forward quanto cut-through. Qualquer dos modos pode ser ativado pelo administrador da rede, ou o switch pode ter a facilidade implementada que escolhe entre os dois métodos, baseado na quantidade de quadros com erro que passam pelas portas. Quando a quantidade de quadros corrompidos atinge um determinado nível o switch pode trocar do modo cut-through para store-and-forward e voltar ao modo anterior assim que a rede se normalizar.

Os switches cut-through são utilizados da melhor forma em pequenos grupos de trabalho e pequenos departamentos. Nessas aplicações é necessária uma boa vazão (throughput), mas erros potenciais de rede ficam restritos no segmento, sem impactar a rede corporativa como um todo. Já os switches store-and-forward são desenvolvidos para redes corporativas, onde o controle de erros e bom throughput são desejáveis. Os switches store-and-forward, ou adaptative cut-through no modo store-and-forward têm a capacidade de suportar mais de uma de taxa de bit na LAN (por exemplo, Ethernet 10 Mbit/s e Fast Ethernet 100 Mbit/s), pois têm buffers para os quadros, condição necessária para a conversão, posterior, do formato do quadro MAC, ou do método de sinalização.

Os switches podem, também, ser classificados quanto à forma de segmentação das sub-redes: switches de camada 2 (layer 2 switches), switches de camada 3 (layer 3 switches), ou switches de camada 4 (layer 4 switches).

Layer 2 Switches

São switches tradicionais que funcionam de fato como bridges (pontes) multiportas (Figura 2 a seguir). A principal finalidade é dividir uma LAN em múltiplos domínios de colisão, ou, nos casos das redes em anel, segmentar a LAN em diversos anéis. Os switches de camada 2 possibilitam transmissões simultâneas (ao mesmo tempo), pois um barramento é dedicado para cada porta (não é um único barramento compartilhado); a transmissão de uma sub-rede não interfere nas outras sub-redes. Porém, os switches de camada 2 não conseguem filtrar broadcasts, multicasts (no caso em que mais de uma sub-rede contenha os elementos pertencentes ao grupo multicast de destino) e quadros cujo destino ainda não tenha sido incluído na tabela de endereçamento.