Um switch, Scherer que em gíria aportuguesada foi traduzido para comutador, é um dispositivo utilizado em redes de computadores para reencaminhar quadros (ou tramas em Portugual, e 'frames' em inglês) entre os diversos nós. Possuem diversas portas, assim como os hubs, e operam na camada acima dos hubs. A diferen?a entre o switch e o hub é que o switch ?o haverá colis?es entre pacotes de segmentos diferentes — ao contrário dos hubs, cujas portas partilham o mesmo domínio de colis?o.

Funcionamento

Os computadores operam semelhantemente a um sistema telef?nico com linhas privadas. Nesse sistema, quando uma pessoa liga pra ?nica as conectará em uma linha dedicada, possibilitando um maior número de conversa??es simultaneas. Um comutador opera na camada 2 (camada de enla?e) encaminhando os pacotes de acordo com o endere?o MAC de destino e é destinado a redes locais para segmenta??o. Porém, existem actualmente comutadores que operam juntamente na camada 3 (camada de rede), herdando algumas propriedades dos roteadores (routers). Fonte WIKIPEDIA

Características de Switches

Capacidade do backplane

A capacidade de repasse de pacotes do backplane de um switch deverá ser de pelo menos a metade da soma das taxas máximas de transmiss?o de todas as portas do switch, se estas forem half duplex. Se as portas do switch puderem operar em full fuplex, a capacidade de repasse dos pacotes deverá ser igual ou maior à soma das taxas máximas de transmiss?o das portas do switch. Por exemplo, um switch de 12 portas fast ethernet half duplex deverá possuir um backplane com a capacidade de efetuar o repasse dos quadros a uma velocidade mínima de 600 Mbps, o que corresponde à situa??o crítica de haver 6 portas recebendo quadros, e estes sendo redirecionados às outras 6 portas. Se o backplane n?o suporta o fluxo agregado de 600 Mbps está recebendo, terá que guardar em memória alguns dos quadros, a fim de evitar o seu descarte. Neste caso o backplane torna-se o gargalo da rede. Um switch que, por maior que seja o tráfego recebido, o backplane nunca será o gargalo da rede é chamado Non Blocking.

Capacidade da aprendizagem dos endere?os MAC:

Os switches possuem tabelas onde armazenam os endere?os MAC “conhecidos” da rede, e sua correspondente porta de origem, chamadas de source address tables (SAT). Estes endere?os MAC s?o das esta??es de trabalhos, hubs “inteligentes”, outros switches, bridges ou roteadores. Os switches implementam o repasse dos quadros de acordo com a informa??o do endere?o de destino nos mesmos e na porta de saída correspondente ao endere?o MAC nas tabelas. Toda vez que chega um quadro cujo endere?o MAC n?o consta nas tabelas, é necessário que o quadro seja enviado a todas as portas do switch, como se fosse um broadcast. Esta a??o acentua drasticamente o tráfego na rede, e pode provocar um número considerável de colis?es. Uma vez que a esta??o de destino responde à transmiss?o, seu endere?o MAC é “aprendido” e armazenado nas SAT.

Porém, se as tabelas dos switches possuírem uma capacidade de aprendizagem de endere?os MAC inferior ao número de dispositivos da rede, é possível que estas já estejam cheias. Neste caso uma das entradas da SAT deverá ser descartada para a armazenagem do novo endere?o aprendido. O critério para descarte do endere?o na tabela varia de fabricante ou modelo, sendo mais comuns o uso de uma fila FIFO, onde se descarta o que n?o se anuncia a mais tempo, ou um critério estatístico em que se descarta aqueles que em uma média temporal geraram um menor tráfego. De qualquer modo, a necessidade de se descartar entradas na tabela acabará por acarretar no aumento do tráfego “broadcast” da rede, o que é altamente indesejável. Por esta raz?o, ao se escolher um switch para sua rede, recomenda-se dimensionar o tamanho da rede e escolher um modelo cuja capacidade de armazenagem de endere?os seja igual ao maior ao número de dispositivos da mesma.

Protocolo IEEE 802.1D Spanning Tree

O Spanning Tree é um protocolo para sistemas baseados em bridges/switches, que permite a implementa??o de caminhos paralelos para o tráfego de rede, e utiliza um processo de detec??o de “loops” para: · Encontrar e desabilitar os caminhos menos eficientes (os com menores largura de banda); · Habilitar um dos caminhos menos eficientes, se o mais eficiente falhar. O algoritmo de Spanning Tree determina qual é o caminho mais eficiente entre cada segmento separado por bridges ou switches. Caso ocorra um problema nesse caminho, o algoritmo irá recalcular, entre os existentes, o novo caminho mais eficiente, habilitando-o automaticamente. As especifica??es do protocolo Spanning Tree s?o padronizadas pelo IEEE, dentro do conjunto das normas IEEE 802.1D.

Links Resilientes

Além da redundancia automática implementada pelo protocolo Spanning Tree, totalmente padronizado pelo IEEE, os fabricantes de switches costumam implementar um nível de redundancia de links, chamado de resiliência. Cada implementa??o é proprietária, n?o sendo garantida a interoperabilidade entre switches de fabricantes diferentes, quando se aplica a resiliência.

Ao contrário do Spanning Tree, em que a defini??o do link ativo e dos links de standbye é feita por algoritmo próprio, através da determina??o do melhor caminho, a escolha do par de links resilientes é a cargo do administrador da rede, desta forma é possível “for?ar” um determinado link a ficar ativo, mesmo que este n?o seja o caminho que proporcione a maior largura de banda. Ao se definir duas portas de um switch como resiliente, isto é, uma sendo ativa e outra standbye, é necessário que se utilize a mesma configura??o nas outras pontas definindo uma porta como ativa e a outra standbye. As aplica??es do protocolo Spanning Tree e da defini??o de Links Resilientes n?o podem ser aplicadas conjuntamente em um switch, ou seja, se for desejo do administrador da rede configurar links resilientes, a fun??o de spanning tree deverá estar desabilitada no equipamento.

“Link Agregation” (IEEE 802.3ad)

Link Agregation é um tipo de conex?o especial que possibilita aos dispositivos comunicarem-se utilizando mais de um link em paralelo. Estes links em paralelo produzem os seguintes benefícios: · podem multiplicar a largura de banda da conex?o, dependendo da quantidade de links que compor?o o “tronco” de portas ( “Port Trunk”) · podem prover um nível de redundancia. Se um link quebrar, os outros links dividir?o entre si o tráfego que se destinaria ao link defeituoso.

Observa??es:

· As portas nos dois lados da conex?o dever?o estar configuradas como “port trunk”; · Uma porta n?o pode pertencer ao mesmo tempo a mais de um “tronco”; · N?o é possível mesclar portas de mais de um switch em um mesmo “tronco”; · é possível haver portas de mídia diferentes, como fibra e par tran?ado, em um mesmo “tronco”. · é possível haver portas de velocidades diferentes, como 10 e 100 Mbps, em um mesmo “tronco”. Neste caso somente as portas de maior velocidade ficar?o ativas. As de menor velocidade ficar?o em standbye; · As estatísticas em um port trunk s?o medidas em separado para cada link, e depois somadas. N?o é possível coletar estatísticas do “tronco”, de outra maneira. · Antes de se desabilitar um port trunk, é recomendável desconectar todos os links, ou desabilitar todas as portas, sen?o poderá ser criado um loop, caso o protocolo spanning tree n?o estiver habilitado.

Espelhamento de Tráfego

Esta característica é desejável se o administrador da rede pretende conectar um analisador de protocolo diretamente à uma porta do switch, e monitorar o tráfego de outras portas do equipamento. Deve-se definir uma porta que será monitorada, e o seu “espelho”, a porta em que o analisador de protocolo será conectado. Uma vez que esta funcionalidade for ativada, todo o tráfego oriundo ou destinado à porta monitorada será espelhado na porta “espelho” O Espelhamento de Tráfego torna-se necessário se o administrador de rede n?o quiser monitorar o tráfego de um determinado segmento, sem modificar as características físicas do segmento monitorado, ao se conectar um analisador de protocolo ao segmento.

Controle de Fluxo (IEEE 802.3x)

O padr?o IEEE 802.3x – Full Duplex e Controle de Fluxo – foi completado em 1997. O padr?o Full Duplex já foi apresentado e bastante estudado. Vamos, portanto, enfocar a capacidade de controle de fluxo em switches: Quando se trabalha com duas ou mais tecnologias de comunica??o com diferentes taxas de transmiss?o, Poderá ocorrer um gargalo devido aos pacotes que chegam dos links de maior capacidade, e ainda n?o conseguiram ser retransmitidos nos links de menor capacidade. Eventualmente, se um servidor a 100 Mbps, por exemplo, estiver se comunicando simultaneamente com um número grande de esta??es a 10 Mbps, o gargalo pode ocorrer no link de maior velocidade (100 Mbps). Nos dois casos, o switch deverá possuir capacidade de bufferiza??o dos pacotes que n?o puderam ser reenviados no momento em que chegaram ao equipamento, devido ao gargalo. O problema é que a capacidade de bufferiza??o será limitada pela quantidade de memória disponível no equipamento, que, por maior que seja , sempre poderá ocorrer um “estouro” nos buffers, com o conseqüente descarte de pacotes. Para que seja evitada a situa??o crítica em que os buffers fiquem cheios, é desejável que os switches implementem a capacidade de controle de fluxo, padronizada pela norma IEEE 802.3x.

Existem dois tipos básicos de controle de fluxo: o “Controle de Fluxo Half Duplex” e o Controle de Fluxo Full Duplex”:

· Controle de Fluxo Half Duplex (“Backpressure”): Em conex?es Half Duplex, os switches utilizam um método chamado “Backpressure”. Por exemplo, consideremos um servidor a 100 Mbps enviando pacotes a uma esta??o de trabalho a 10 Mbps. Será necessário bufferizar os pacotes no switch que n?o puderem ser transmitidos imediatamente pelo link de 10 Mbps. Caso os buffers do switch fiquem cheios, o switch necessita sinalizar ao servidor que pare temporariamente de transmitir. Isto é feito através do envio de um pacote gerado pela camada MAC do switch, for?ando uma colis?o no link de 100 Mbps. Ser?o geradas tantas colis?es quanto forem necessárias para que se esvazie os buffers dos switches. · Controle de Fluxo Full Duplex:Para conex?es Full Duplex, n?o é possível conter uma transmiss?o for?ando colis?es, uma vez que neste tipo de tecnologia é possível a transmiss?o de pacotes nos dois sentidos, sem que ocorra colis?o.

O padr?o IEEE 802.3x define um esquema diferente de controle de fluxo para ambientes full duplex, utilizando um quadro especial conhecido como quadro “PAUSE”. O quadro PAUSE utiliza um endere?o de destino de multicast especial, que n?o é repassado pelos switches, n?o gerando desta forma tráfego adicional desnecessário, nem interferindo com fun??es de controle de fluxo em outras partes da rede. Se um cliente a 10 Mbps estiver recebendo um tráfego muito intenso de um servidor, por exemplo, o cliente enviará quadros PAUSE ao switch, reduzindo o throughput pelo link. Isto n?o é comum acontecer, pois a interface do cliente está preparada para suportar tráfego intenso a 10 Mbps. Porém pode ocorrer, por exemplo, uma situa??o em que o cliente temporariamente n?o pode receber dados devido ao seu disco rígido estar cheio. O cliente enviará quadros PAUSE ao switch até que se apague arquivos e obtenha espa?o no disco rígido, e a transmiss?o do switch irá ser reiniciada.

Da mesma forma, se um switch estiver recebendo quadros por um link e os buffers ficarem cheios, o switch passará a enviar quadros PAUSE pelo link, e a esta??o transmissora interromperá temporariamente a transmiss?o de pacotes. A maioria dos switches e placas Fast Ethernet e Gigabit Ethernet fabricados atualmente já suportam IEEE 802.3x. Os equipamentos mais antigos que implementam Full Duplex, lan?ados antes do padr?o muitas vezes utilizam métodos para controle de fluxo em links Full Duplex.

Classes de Servi?o – IEEE 802.1p

· Recentemente ratificado pelo IEEE; · Norma que visa estabelecer prioriza??o de tráfego, de acordo com a defini??o de classes de servi?o. A prioriza??o de tráfego permite respostas quase instantaneas para aplica??es críticas. · Define oito níveis de prioridade, em que os quadros da rede carregar?o a informa??o de prioridade do pacote, desde o nível 7 (maior prioridade) até o nível 0 (menor prioridade). · Os equipamentos de infra-estrutura de rede, como switches e roteadores, construídos para serem compatíveis com o protocolo IEEE 802.1p, devem priorizar a entrega dos pacotes de acordo com a configura??o de prioridade, dando maior preferência aos quadros de mais alta prioridade. · Pode-se desta forma dar um tratamento preferencial a “dados críticos”, e aplica??es que necessitam tempo de resposta imediato, como sistemas em “real time”.

Os 3 bits de prioridade s?o lidos pelos dispositivos de infra-estrutura de rede suportam IEEE 802.1p, e o frame é roteado para um buffer interno (com estruturas em fila - FIFO). Sua posi??o de entrada será correspondente à prioridade do pacote. Os quadros de maior prioridade ser?o entregues antes dos quadros de mais baixa prioridade. Quadros sem prioridade e quadros setados com prioridade 0 ficar?o na fila de mais baixa prioridade. Como a estrutura (e o tamanho máximo do pacote, que neste caso é de 1522 bytes, 4 bytes maior do que o Ethernet tradicional) mudou, Além dos switches e roteadores, as placas de rede dever?o ser também compatíveis com a prioriza??o de classes de servi?o IEEE 802.1p. Os hubs, switches e roteadores que n?o suportam 802.1p poder?o descartar o pacote caso ele esteja no seu tamanho máximo (1522 bytes), pois está com um tamanho maior que eles reconhecem como o tamanho do frame Ethernet. Mesmo que n?o ocorra o descarte de pacote, este será tratado como um pacote Ethernet tradicional (sem prioridade). · Atribui??o de Prioridades: Os fabricantes de hardware compatível (placas de rede) implementam “filtros” de prioridade, em que o usuário, por software, pode atribuir determinada prioridade a um servi?o, endere?o ou protocolo.

Por exemplo pode-se atribuir determinada prioridade a SNMP, SMTP, HTTP, TCP/UDP, endere?os IP ou MAC, Sockets IPX, endere?os IPX. A atribui??o de prioridade pode ser realizada por software, na montagem das informa??es de camada MAC do pacote (driver MAC da placa de rede). é importante que seja feito um planejamento antes de atribuir um grau de prioridade a determinado servi?o. Se todos os servi?os da rede possuem o mais alto grau de prioridade, por exemplo, ent?o a rede se comportará como uma rede em que n?o se aplicam níveis de prioridade. A aplica??o deste recurso demanda ent?o uma defini??o de políticas de prioriza??o de tráfego.

Fonte MALIMA
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