switch

Recentemente publicamos um artigo sobre os Roteadores no qual explicamos um pouco sobre o seu papel nas comunicações atuais. Desta vez falaremos sobre os Switches, outro dispositivo intermediário comumente utilizado para a interconexão de computadores em uma LAN.

A Origem dos Switches

Antes dos Switches que conhecemos hoje, as redes de computadores utilizavam o Hub para a interconexão dos dispositivos em uma LAN . Como sabemos, o Hub torna a rede ineficiente, visto que gera muitas colisões nos dados devido a sua estrutura lógica e elétrica. Além disso, era necessário aplicar métodos para tentar controlar essas colisões que degradavam as comunicações entre os computadores e dispositivos associados como por exemplo o CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection).

Baseado nos inconvenientes do Hub, surge a Bridge com a intenção de solucionar os problemas que haviam. Como vantagens comparadas ao Hub podemos destacar:

  • As Bridges conseguiam gerenciar os domínios de colisão entre os computadores da rede;
  • Era possível agora acrescentar Bridges entre Hubs de modo a haver um controle dos domínios de colisão, permitindo, deste modo, ganho na performance da rede em termos de largura de banda;
  • Cada domínio de colisão poderia trabalhar com sua própria largura de banda, uma vez que os quadros de dados não seriam propagados para outros Hubs.

Com o passar do tempo e percebendo que as Bridges eram componentes fundamentais para a comunicação entre as redes, os Switches surgem como evolução das Bridges mas agora com recursos mais avançados, maior densidade (quantidade) de interfaces (portas) e maior capacidade de tráfego de dados.

Características dos Switches

Para facilitar a compreensão dos Switches, destacaremos suas características principais, a saber:

  • São dispositivos intermediários pertencentes à camada 2 (Enlace de Dados) do modelo OSI;
  • Possuem grande densidade de interfaces;
  • Atuam enviando e recebendo quadros (frames) Ethernet baseados nos endereços MAC (endereço físico de hardware);
  • Utiliza uma tabela (Tabela de Endereços MAC) para o encaminhamento dos quadros Ethernet;
  • A Tabela de Endereços MAC é preenchida conforme os quadros Ethernet são transmitidos entre os equipamentos de comunicação;
  • Cada endereço MAC correspondente a um dispositivo de comunicação é associado a uma interface no Switch, permitindo assim que os quadros Ethernet sejam encaminhados à interface correta;
  • Quando um dispositivo envia um quadro Ethernet e uma associação de interface ainda não está registrada na Tabela de Endereços MAC, o Switch enviará para todas as interfaces (exceto para a interface inicial) uma cópia do quadro, de modo a localizar o dispositivo e a interface associada. Esse processo de enviar um quadro a todas as interfaces para preenchimento da tabela é conhecido como Flooding Frames;
  • A Tabela de Endereços MAC é armazenada em uma memória conhecida como CAM (Content Addressable Memory);
  • Para evitar redundância (looping) no envio dos quadros Ethernet através do processo de Flooding Frames, o Switch pode contar com um protocolo conhecido como Spanning Tree Protocol (STP). Este protocolo evita que os quadros sejam transmitidos infinitamente para todas as interfaces dos Switches interconectados. Com isso, o STP irá bloquear algumas interfaces, de modo a existir apenas um caminho entre segmentos de LAN.

Os Switches ainda contam com outras tecnologias que facilitam a comunicação e segurança nas redes de computadores, por exemplo:

  • VLAN (Virtual Local Area Network – Rede de Área Local Virtual) – Permite criar grupos de interfaces para que pertençam a domínios de broadcast diferentes. Isso significa que um Switch poderá ter diversos equipamentos separados logicamente por domínios de broadcast, dividindo a comunicação e tornando-a mais segura;
  • PoE (Power over Ethernet) – Tecnologia que pode estar integrada nas interfaces de um Switch para permitir que um dispositivo conectado seja alimentado eletricamente através de um cabo de par trançado como o UTP;
  • MDI-X (Medium Dependent Interface – crossover) – Tecnologia presente em Switches que permite que a interface seja automaticamente ajustada de acordo com a configuração do cabo de par trançado, seja um cabo “direto” ou “crossover“;
  • Segurança nas interfaces – Permite que as interfaces no Switch sejam configuradas para evitar que um intruso possa ter acesso indevido ao equipamento;
  • Sistema Operacional – Assim como os Roteadores, os Switches modernos possuem um sistema operacional robusto para gerenciar a grande quantidade de dados trafegados.

Conclusão

Como vimos, os Switches são fundamentais e o seu uso permitiu que as redes se expandissem mais rapidamente devido os avanços tecnológicos implementados para suportar a crescente demanda de informação.

As tecnologias que suportam as comunicações são muitas e usualmente não conseguimos distingui-las. Essa transparência ao usuário permite que os engenheiros de redes se concentrem na infraestrutura enquando os usuários se beneficiam no uso dos serviços. Essa complexidade se torna cada vez menor à medida que avançamos nas pesquisas com implementações de novas tecnologias para a comunidade interconectada.

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