O que é um switch de rede e como funciona?

Os switches ligam segmentos de rede, fornecendo comunicação full-duplex, dados de desempenho de rede valiosos e utilização eficiente da largura de banda.

Por Keith Shaw

As redes modernas são fundamentais para qualquer empresa. Fornecem aplicações comerciais, mensagens multimédia e dados-chave a utilizadores finais de todo o mundo. Um elemento fundamental que as redes têm em comum é o switch de rede, que ajuda a ligar dispositivos a fim de partilhar recursos dentro de uma rede local (LAN).

O que é um switch de rede?

Um switch de rede é um dispositivo físico que funciona na camada Data Link do modelo OSI (Interconexão de Sistemas Abertos) ou Camada 2. Recebe pacotes enviados por dispositivos ligados às suas portas físicas e encaminha-os para os dispositivos a que os pacotes se destinam. Os switches podem também funcionar na camada de rede (Camada 3), onde o encaminhamento tem lugar.

Os switches são um componente comum das redes baseadas em Ethernet, fibra, Modo de Transferência Assíncrona (ATM) e InfiniBand, entre outros. No entanto, a maioria dos switches atuais utiliza a ethernet.

Como funciona uma comutação de rede?

Quando um dispositivo é ligado a um switch, o switch anota o seu endereço de controlo de acesso aos meios de comunicação (MAC), um código que é incorporado no cartão de interface de rede (NIC) do dispositivo. O interruptor utiliza o endereço MAC para identificar que pacotes de saída do dispositivo são enviados e para onde entregar os pacotes de entrada.

O endereço MAC identifica o dispositivo físico e não muda, enquanto que a camada de rede (Camada 3) endereço IP pode ser atribuído dinamicamente a um dispositivo e mudar com o tempo. (Pense no endereço MAC como o VIN de um carro e o endereço IP como a placa de matrícula).

Quando um pacote entra no switch, o switch lê o seu cabeçalho, depois compara o(s) endereço(s) de destino e envia o pacote através das portas apropriadas que conduzem aos dispositivos de destino.

Para reduzir a possibilidade de colisões entre o tráfego da rede que entra e sai de um switch e de um dispositivo conectado ao mesmo tempo, a maioria dos switches oferece uma funcionalidade full-duplex em que os pacotes que entram e saem de um dispositivo têm acesso a toda a largura de banda da ligação do switch. (Imagine duas pessoas a falar num smartphone em vez de um walkie-talkie).

Embora seja verdade que os switches operam na Camada 2, também podem operar na Camada 3, o que é necessário para suportar LANs virtuais (VLANs), segmentos lógicos de rede que podem abranger sub-redes. Para que o tráfego passe de uma sub-rede para outra, deve passar entre switches, o que é facilitado pelas capacidades de encaminhamento incorporadas nos switches.

Qual é a diferença entre um switch e um hub?

Um hub pode também ligar vários dispositivos para partilhar recursos, e o conjunto de dispositivos ligados a um hub é conhecido como um segmento LAN.

Um hub difere de um switch na medida em que os pacotes enviados de um dos dispositivos ligados são transmitidos para todos os dispositivos que estão ligados ao hub. Com um interruptor, os pacotes são encaminhados apenas para a porta que conduz ao dispositivo ao qual são endereçados.

Os interruptores normalmente ligam segmentos LAN, pelo que os hubs estão ligados a eles. Os interruptores filtram o tráfego destinado a dispositivos no mesmo segmento LAN. Devido a esta capacidade, os switches fazem uma utilização mais eficiente dos seus próprios recursos de processamento, bem como da largura de banda da rede.

Qual é a diferença entre um switch e um router?

Os switches são por vezes confundidos com routers, que também fornecem encaminhamento e encaminhamento de tráfego de rede, daí o seu nome. Mas fazem-no para um fim diferente e num local diferente.

Os routers operam na camada 3 e são utilizados para ligar redes a outras redes.

Uma forma simples de compreender a diferença entre switches e routers é pensar em LANs e WANs. Os dispositivos são ligados localmente através de switches, e as redes são ligadas a outras redes através de routers. Este é o caminho que um pacote pode tomar para chegar à Internet: dispositivo > hub > switch > router > internet.

Claro que há casos em que a funcionalidade de comutação é incorporada no hardware de um router, e o router também atua como um switch.

Pense no router sem fios em sua casa. Esta ligação de banda larga é feita através da sua porta WAN, mas normalmente também tem portas ethernet adicionais que pode utilizar para ligar um cabo ethernet para um computador, TV, impressora ou mesmo uma consola de jogos. Embora outros dispositivos na rede, tais como outros portáteis e telefones, se liguem através do router Wi-Fi, o router continua a fornecer funções de comutação através da LAN. Portanto, o router, na realidade, é também um interruptor. Pode até ligar um switch separado ao router para fornecer acesso à Internet e LAN a outros dispositivos.

Quais são os diferentes tipos de switches?

Os tamanhos dos switches variam dependendo do número de dispositivos que precisa de ligar numa determinada área, bem como do tipo de velocidade/largura de banda da rede que precisa. Num pequeno escritório ou escritório em casa, um interruptor de quatro ou oito portas é normalmente suficiente, mas para implantações maiores verá frequentemente interruptores de até 128 portas. O fator de forma de um interruptor mais pequeno é um dispositivo que pode caber numa secretária, mas os interruptores também podem ser montados em prateleiras para colocação num armário de cablagem, num centro de dados ou numa quinta de servidores. Os interruptores montáveis em rack variam em tamanho de 1U a 4U, mas também estão disponíveis interruptores maiores.

Os switches também variam na velocidade da rede que oferecem, desde Fast Ethernet (10/100 Mbps), Gigabit Ethernet (10/100/1000 Mbps), 10 Gigabit (10/100/1000/10000 Mbps) e até velocidades de 40/100 Gbps. A escolha das velocidades depende do desempenho necessário para as tarefas que estão a ser executadas.

Os switches também diferem nas suas capacidades. Aqui estão quatro tipos.

1. Não administrado

Os switches não administrados são os mais básicos e oferecem uma configuração fixa. São normalmente ‘plug and play’, o que significa que têm poucas ou nenhumas opções para o utilizador escolher. Podem ter configurações padrão para características como a qualidade do serviço, mas não podem ser alteradas. A vantagem é que os switches não geridos são relativamente baratos, mas a sua falta de características torna-os inadequados para a maioria das utilizações comerciais.

2. Gerido

Os switches geridos oferecem mais funções e características para os profissionais de TI e são o tipo mais comumente visto em ambientes empresariais. Os switches geridos têm interfaces de linha de comando (CLI) para os configurar. Apoiam agentes do Protocolo Simples de Gestão de Rede (SNMP) que fornecem informações que podem ser utilizadas para resolver problemas de rede.

Suportam também LANs virtuais, configurações de QoS e encaminhamento IP. A segurança também é reforçada, uma vez que protegem todos os tipos de tráfego com que lidam. Devido às suas características avançadas, os switches geridos custam muito mais do que switches não geridos.

3.  Interruptores inteligentes

Os interruptores inteligentes são interruptores geridos que têm algumas características para além do que um interruptor não gerido oferece, mas menos do que um interruptor gerido. Embora sejam mais sofisticados do que interruptores não geridos, são também menos dispendiosos do que um interruptor totalmente gerido. Normalmente não têm suporte para o acesso telnet e têm GUIs na web em vez de CLIs. Outras opções, tais como VLANs, podem não ter tantas características como as suportadas por interruptores totalmente geridos. Por serem menos caros, podem ser uma boa opção para empresas mais pequenas com menos recursos financeiros e/ou com menos requisitos de recursos.

4.   Switch KVM

Um tipo específico de switch utilizado em centros de dados ou outras áreas com grande número de servidores, o switch KVM fornece um teclado, vídeo (monitor) e ligação do rato a vários computadores, permitindo aos utilizadores controlar grupos de servidores a partir de um único local ou consola. Ao adicionar um extensor KVM, os switches KVM podem permitir o acesso local e remoto a máquinas, permitindo a uma empresa centralizar a manutenção e gestão do servidor.

Quais são as características de gestão dos switches de rede?

A lista completa de características e funcionalidades de um switch de rede variará dependendo do fabricante do switch e de qualquer software adicional fornecido, mas em geral um switch permitirá aos profissionais:

  • Ativar e desativar portos específicos no interruptor.
  • Configurar configurações duplex (half ou full duplex), bem como largura de banda.
  • Estabelecer níveis de Qualidade de Serviço (QoS) para um porto específico.
  • Ativar a filtragem MAC e outras funções de controlo de acesso.
  • Configurar a monitorização SNMP dos dispositivos, incluindo a saúde da ligação.
  • Configurar o espelhamento de portas para monitorizar o tráfego de rede.

Qual é o valor dos switches de rede?

Os switches continuam a ser importantes na empresa moderna de hoje, pois as suas capacidades podem permitir uma maior conectividade sem fios, bem como suportar dispositivos de Internet das Coisas (IoT) e edifícios inteligentes que ajudam a criar uma operação mais sustentável. A crescente utilização de dispositivos industriais de ligação de sensores e maquinaria em fábricas também requer tecnologias de comutação para se ligar à rede da empresa.

Os switches modernos incluem tipicamente a tecnologia Power over Ethernet (PoE), que pode fornecer até 100W de potência para suportar dispositivos ligados à rede. Isto permite que as empresas utilizem dispositivos em áreas onde não é necessária uma tomada elétrica separada, tais como câmaras de segurança, iluminação exterior, pontos de acesso sem fios, telefones VoIP e uma ladainha de sensores (temperatura, humidade, etc.) que podem monitorizar áreas remotas. Os dados recolhidos e transmitidos por dispositivos IoT podem ser recolhidos por um interruptor e aplicados a inteligência artificial e algoritmos de aprendizagem de máquinas para ajudar a otimizar ambientes mais inteligentes.

Que outras utilizações têm os switches de rede?

Em redes maiores, os switches são frequentemente utilizados para descarregar o tráfego para análise. Isto pode ser importante para os profissionais de segurança, pois um switch pode ser colocado em frente de um router WAN antes de o tráfego ser passado para a LAN. Pode facilitar a deteção de intrusão, análise de desempenho e firewalling. Em muitos casos, o espelhamento de portas pode criar uma imagem espelho dos dados que fluem através do interruptor antes de serem enviados para um sistema de deteção de intrusão ou para um farejador de pacotes.

Os switches continuam a ser utilizados em grandes centros de dados e ambientes de nuvem, juntamente com novas inovações tais como tecnologias gémeas digitais, consolidação de cabos de rede e ambientes SD-WAN.

No entanto, na sua forma mais básica, os switches de rede entregam rápida e eficientemente pacotes do dispositivo A para o dispositivo B, quer estejam localizados do outro lado do corredor ou do outro lado do mundo. Vários outros dispositivos contribuem para esta entrega pelo caminho, mas o switch é uma parte essencial da arquitetura da rede.


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