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Um comutador, conhecido também por switch[1] é um dispositivo de interconexão usado para conectar computadores na rede física local (LAN) e cujas especificações técnicas seguem o padrão Ethernet.[2] O switch também segmenta uma rede local em várias redes lógicas (VLANs), oque reduz o congestionamento de tráfego em grandes redes (colisão entre pacotes de dados).
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Os dispositivos de interconexão têm duas áreas de atuação nas redes telemáticas. Em um segundo nível estariam os switches , que são responsáveis pela interconexão de equipamentos dentro de uma mesma rede, ou o que é o mesmo, são os dispositivos que, junto com a fiação, constituem as redes locais ou LAN.
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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. A função básica de um switch é juntar ou conectar dispositivos em uma rede . É importante deixar claro que um switch NÃO fornece conectividade com outras redes por si só e, obviamente, também NÃO fornece conectividade com a Internet.
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).
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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. [3][4]
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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.
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".
Variações de switch
Switches não gerenciados
São switches plug and play, servindo apenas para estender a quantidade de portas disponíveis para uso, são normalmente mais baratos q os outros switches pois não tem interface ou opções de configuração que os outros apresentam. Costumam ser mais usados em pequenos escritórios ou home office.
Switches gerenciados
Esses switches tem métodos para alterar a operação do switch, os métodos de gerenciamento comuns incluem; uma interface de linha de comando (CLI) acessada via Interpretador de comandos , Telnet ou Secure Shell, um agente SNMP ( Simple Network Management Protocol ) embutido que permite o gerenciamento de um console remoto ou uma interface da web para gerenciamento de um navegador da web. Exemplos de configuração que podem ser feitas em um switch gerenciado; habilitar recursos como Spanning Tree Protocol ou espelhamento de porta, definir largura de banda de porta , criar ou modificar LANs virtuais (VLANs). Os switches gerenciados tem duas subclasses a switch inteligente e a switch de gerenciamento empresarial.
Switches inteligentes ou Smart switches
são switches gerenciados com um conjunto limitado de recursos de gerenciamento, são switches que se enquadram em um espaço de mercado entre não gerenciado e gerenciado. Eles fornecem uma interface web (geralmente nenhum acesso CLI) e permitem configurações básicas, como VLANs, largura de banda de porta e duplex. Por terem poucas configurações de rede tem um preço menor que uma switch gerenciada.
Switches gerenciados corporativos
Possuem o conjunto completo de recursos de gerenciamento, incluindo CLI, agente SNMP e interface da web, também podem ter recursos adicionais para manipular configurações, como a capacidade de exibir, modificar, fazer backup e restaurar configurações. por serem mais versáteis e otimizados tem um preço muito mais caro que os outros switches. Os switches corporativos são normalmente encontrados em redes com um grande número de switches e conexões, onde o gerenciamento centralizado representa uma economia significativa de tempo e esforço administrativo.
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- Modem
- Repetidor
- Concentrador (hub)
- Ponte de rede (bridge)
- «Hubs, switches e roteadores: Qual é a diferença?». Controle.net. Consultado em 15 de março de 2024
- «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
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