Compreendendo as diferenças entre switches de camada 2 e camada 3: um guia abrangente

As redes modernas estão se tornando cada vez mais complexas e selecionar o equipamento de rede adequado tornou-se crucial. Uma das decisões mais fundamentais que os engenheiros de rede precisam tomar é se devem implementar switches de Camada 2 ou Camada 3. Cada tipo de switch tem suas vantagens, capacidades técnicas e aplicações adaptadas para ambientes de rede específicos. O guia que você está lendo separa essas distinções para que você possa fazer escolhas informadas para seus requisitos de rede. Este artigo tem como objetivo trazer clareza em torno da questão de qual tipo de switch é mais apropriado para configurações variadas. Entender as diferenças entre switches de Camada 2 e Camada 3 é essencial para otimizar uma rede de pequena empresa ou uma infraestrutura empresarial extensa. Essas diferenças garantem a eficiência, escalabilidade e desempenho da rede.

O que é uma Switch de camada 2 e como isso funciona?

Um switch de Camada 2 funciona no nível de link de dados do modelo OSI e é encarregado do encaminhamento de dados dentro de uma rede local (LAN). Os switches de Camada 2 usam endereços MAC (Media Access Control) para identificar o destino dos pacotes de dados e garantir que eles sejam encaminhados para o dispositivo correto. Os switches de Camada 2 constroem uma tabela de associação de portas e endereços MAC que permite que eles controlem o tráfego sem serem obrigados a disseminar informações para cada dispositivo conectado. Esse método reduz a carga na rede e melhora seu desempenho geral. Os switches de Camada 2 são ideais para dar suporte à comunicação entre dispositivos localizados no mesmo segmento de rede, tornando-se assim os blocos de construção básicos para Redes Locais.

Como um Switch de camada 2 Opera em um Network

Um switch de Camada 2 funciona usando o endereço MAC de dispositivos para rotear dados dentro de uma rede local. Ele mantém o controle dos quadros de entrada, salva o endereço MAC de origem dos quadros de entrada em sua tabela de endereços MAC e associa esse endereço MAC de origem à porta apropriada. Ao encaminhar os dados, o switch verifica a porta apropriada para o endereço MAC de destino, permitindo que o switch envie os dados diretamente ao destinatário dos dados sem tráfego desnecessário. Esse processo reduz o fluxo de dados indesejados e garante uma comunicação eficaz entre dois ou mais dispositivos dentro de um segmento de rede local.

O papel de MAC Address em uma Switch de camada 2

A parte do switch da camada 2 que funciona como um controlador de interface de rede (NIC) durante a comutação de quadros de dados e comunicação de rede são endereços MAC, que estão profundamente vinculados ao endereço MAC, misturando-se profundamente à camada de enlace de dados do diagrama OSI. Cada endereço MAC serve como um ID para um dispositivo de rede e por placa de interface. Dentro do Switch da Camada 2, o endereço MAC estabeleceu a base sobre a qual a tabela de endereços MAC foi formada. Esta tabela atua como um mecanismo de busca dinâmico por meio do qual vários endereços MAC podem ser obtidos. Um switch obtém um quadro de dados, a tabela quando um switch obtém um datagrama e espera-se que ele use essas tabelas para rastrear endereços MAC para portas para roteamento otimizado dentro da rede de classe de área local. ___________ Endereço MAC Os switches modernos da Camada 2 podem suportar milhares de endereços MAC, o que aumenta a flexibilidade e a escalabilidade. Por exemplo, alguns switches de nível empresarial com implantação densa de dispositivos estendem mais de 3200 endereços MAC ou mais. Além disso, os switches podem implementar ou fazer provisão para o tempo de envelhecimento durante o qual os endereços MAC na tabela não usados ​​por alguma duração são limpos e, portanto, anulam as chances de estouro de memória e o problema de eficiência morta.

A segmentação de VLAN (Virtual Local Area Network) é outra atividade associada a endereços MAC. A filtragem baseada em MAC e a marcação de VLAN tornam possível que switches da Camada 2 controlem o fluxo de tráfego em segmentos de rede virtualizados, levando a uma melhoria na segurança e no desempenho. Essas funções mostram como os recursos de endereço MAC se estendem além do mero encaminhamento de dados, em vez disso, eles participam ativamente do gerenciamento de tráfego e comunicação em um sistema de rede altamente intrincado.

Os switches da Camada 2 empregam tecnologia de endereçamento MAC para reforçar o acesso à rede, reduzir o volume de transmissão e otimizar o fluxo de informações, dando aos switches um papel vital a desempenhar nos sistemas de rede contemporâneos.

Vantagens e Limitações de Comutadores de Camada 2

Benefícios dos switches de camada 2

Eficiência de rede aprimorada

Os switches da Camada 2 utilizam comutação em nível de hardware por meio de esquemas de endereço MAC empregando técnicas de eficiência de tempo para encaminhar pacotes de dados, diferentemente das técnicas de roteamento que dependem de software. Isso reduzirá o atraso da rede, e seu desempenho aumentará em relação aos ambientes locais que são ajustados. 

Tráfego de rede minimizado

Os switches da Camada 2 criam vários domínios de colisão, impondo uma segmentação de rede eficiente que ajuda a comunicação com dispositivos no mesmo domínio de transmissão a trocar tráfego mais livremente, reduzindo assim o congestionamento.

Custo-benefício

Os switches de Camada 2, em comparação aos switches ou roteadores de Camada 3, são mais baratos. Isso os torna adequados para pequenas e médias empresas que buscam dispositivos de rede eficazes e econômicos.

Complexidade reduzida de instalação e configuração

Normalmente, apenas configurações básicas são necessárias para que os switches da Camada 2 funcionem, facilitando a instalação de dispositivos pelos gerentes de rede em comparação a outros switches de camada superior.

Capacidades de suporte VLAN

O suporte para Virtual Local Area Networks (VLANs) é comum entre switches de Camada 2. Isso ajuda a segmentar a rede e facilita o melhor gerenciamento de agrupamentos lógicos em uma infraestrutura de rede física, o que os torna mais fáceis de manter. 

Maior escalabilidade para LANs

Os switches de Camada 2 permitem que os departamentos de TI incrementem suas redes locais sem grandes reconfigurações, permitindo que as organizações se sincronizem com o crescimento dos negócios.

Desafios dos switches da camada 2

Suporte restrito para comunicação entre VLANs

Os switches da Camada 2 são limitados a atividades de enlace de dados e não podem concluir o roteamento entre VLANs, portanto, um roteador ou switch da Camada 3 é necessário para a comunicação VLAN.

Aumento do tráfego de transmissão

Dentro de seu domínio de transmissão, os switches da Camada 2 transferem tráfego bidirecional. Essa atividade consome largura de banda e diminui o desempenho em redes maiores com muitos dispositivos, o que leva a mais overhead.

Usar switches como pontos de interconexão em uma rede representa uma preocupação significativa de segurança devido a fraquezas como vulnerabilidade a ataques externos se o endereço MAC da camada 2 não estiver protegido.

Os switches da Camada 2 permanecem em um único domínio de transmissão, o que os torna propensos a ataques externos, como falsificação de ARP e inundação de MAC, comprometendo assim a integridade e a segurança da rede.

Ausência de opções de roteamento sofisticadas

Dispositivos de Camada 3, diferentemente de switches de Camada 2, são capazes de protocolos de roteamento dinâmico (como OSPF e BGP) que são essenciais para topologias complexas de redes. Portanto, opções de roteamento avançado não são gerenciadas por um switch de Camada 2.

Não aplicável para redes de longa distância

Para facilitar redes pequenas e médias, operar na camada 2 é uma opção útil. No entanto, devido às limitações na comunicação ou roteamento entre redes, dispositivos avançados são obrigatórios para redes de grande escala, tornando esses switches inadequados.

Considerar esses prós e contras permite que os projetistas de rede posicionem estrategicamente switches de Camada 2 em sua infraestrutura, atendendo às necessidades de desempenho, escalabilidade e segurança.

Como é que um Switch de camada 3 Difere de um Switch de camada 2?

Compreensão Roteamento da Camada 3 Capacidades

A distinção definidora entre um switch de Camada 3 e um switch de Camada 2 é a capacidade do switch de Camada 3 de executar funções de roteamento. Os switches de Camada 2 funcionam somente dentro de uma rede encaminhando dados para endereços MAC relevantes do domínio apropriado, enquanto os switches de Camada 3 podem rotear tráfego entre diferentes redes usando Endereços IP. A capacidade de executar roteamento permite maior tomada de decisão, particularmente na segmentação e eficiência da rede. Um switch de Camada 3 é um dispositivo que executa tanto a função de comutação de um dispositivo de Camada 2 quanto a função de roteamento de um roteador comum, tornando assim um switch de Camada 3 mais versátil do que um roteador padrão. Essas características permitem que o switch de Camada 3 se destaque em ambientes corporativos que exigem comunicações intra e inter-rede pesadas.

Comparando Camada 2 vs Camada 3 in Network Desempenho

Em relação ao desempenho de rede na Camada 2 e Camada 3, é fundamental entender suas funções e aplicações específicas. Por exemplo, switches padrão que são dispositivos da Camada 2 residem na Camada de Enlace de Dados e operam encaminhando quadros usando endereços MAC dentro de uma rede local ou uma VLAN. Esses dispositivos são caracteristicamente rápidos e têm pouca latência porque estão envolvidos com atividades intra-rede como telecomunicações dentro de uma sub-rede que melhora o processamento do endereço de destino. No entanto, a Camada 2 tem uma deficiência considerável no gerenciamento de tráfego em diferentes redes ou sub-redes, pois não tem recursos de roteamento.

No entanto, os dispositivos da Camada 3, que incluem roteadores e switches da Camada 3, operam na Camada de Rede e empregam um esquema de endereçamento IP com encaminhamento de pacotes. Os switches da Camada 3 são mais rápidos e eficientes porque integram a velocidade de hardware da comutação da Camada 2 com o roteamento IP. tornando-os capazes de fornecer inter-rede comunicação. Isso permite a criação de segmentos de rede, a implementação de roteamento dinâmico, a priorização de tráfego e maior desempenho geral para empresas com ambientes avançados de múltiplas sub-redes que precisam ser gerenciados.

Em termos de tempestades de transmissão ou gerenciamento de tráfego subótimo em implementações de larga escala, as redes de Camada 2 podem ter um desempenho ruim. Por outro lado, o uso de Subnetting fornece uma segmentação lógica que auxilia no isolamento do tráfego para dispositivos de Camada 3. Foi demonstrado que a implementação de switches de Camada 3 reduz o congestionamento da rede em ambientes de larga escala em até 30% devido à entrega de pacotes e gerenciamento de tráfego aprimorados.

Embora latência e throughput sejam indicadores cruciais de desempenho, eles também diferem com base no nível. No geral, as soluções da Camada 2 são mais eficientes no domínio de transmissão singular com latência de nível de microssegundos. No entanto, conforme a rede se expande e requer roteamento, os dispositivos da Camada 3 podem interconectar sub-redes com eficiência muito maior do que suas contrapartes. Eles fazem isso com latência mínima adicionada. A quantidade de latência adicionada é frequentemente medida em milissegundos e é especulada com base na especificação de hardware e na taxa de encaminhamento.

A confiabilidade dos dispositivos de Camada 3 e Camada 2 depende dos requisitos específicos da rede. Para comunicação local básica, as soluções de Camada 2 são práticas e mais rápidas de implementar. Para redes mais complexas, maiores, interconexões ou mais dinâmicas, a Camada 3 permite maior escalabilidade e controle, juntamente com desempenho aprimorado.

Quando usar um Switch de camada 3 na tua Network

Onde transferência de dados de alta velocidade e roteamento avançado em nível de rede são necessários, um switch de Camada 3 será mais eficaz. Este tipo de dispositivo de comutação fornece as funções de dispositivos de Camada 2 (camada de link de dados) e Camada 3 (camada de rede). Portanto, torna possível que redes complexas sejam gerenciadas com baixa latência. Eles são mais adequados para redes de nível empresarial, data centers de alto tráfego e situações que precisam de transferência contínua de informações entre VLANs (Redes Locais Virtuais).

Grandes empresas ou campi que usam diferentes sub-redes podem se beneficiar muito dos switches de Camada 3, pois eles permitem o controle de tráfego no nível de hardware por meio do roteamento entre VLANs, o que resolve gargalos normalmente causados ​​devido ao fluxo excessivo de dados. Além disso, a remoção dos roteadores dedicados melhora o desempenho geral. Relatórios mostraram que a comutação de Camada 3 pode atingir taxas de transferência de 1 a 100 Gbps, dependendo dos recursos do dispositivo, o que é ideal para aplicativos com uso intensivo de largura de banda, como VoIP e streaming de vídeo, bem como grandes transferências de dados.

Igualmente importante, switches de Camada 3 normalmente têm capacidades adicionais, como Qualidade de Serviço (QoS), Listas de Controle de Acesso (ACLs) e modelagem de tráfego, que protegem, priorizam e controlam fluxos de dados pela rede com precisão. Tais medidas são essenciais para empresas com requisitos de confiabilidade de rede mais exigentes e rigorosos, como organizações financeiras ou instalações de saúde especializadas que lidam com dados altamente sensíveis e críticos para a vida.

Custo versus valor é uma consideração notável devido aos switches modernos de Camada 3 terem opções de implementação escaláveis ​​dentro de pacotes com preços razoáveis ​​que incluem funcionalidades aprimoradas. Embora haja um custo inicial maior em comparação a um switch típico de Camada 2, a eficiência operacional, menor latência e escopo de hardware reduzido geralmente compensam a despesa ao longo do tempo.

Concluindo, áreas que exigem redes densas e flexíveis complementadas com processamento de dados de alta velocidade e roteamento devem integrar um switch de Camada 3 em sua infraestrutura. O desempenho, a segurança e a gerenciabilidade da rede fornecidos por esses switches certamente descrevem o elemento central em arquiteturas de rede modernas.

Como Configurar um switch de camada 2 para desempenho ideal

Passos essenciais para Configurar Camada Configurações 2

Configuração inicial do switch

Para começar, conecte-se ao switch por meio de seu IP de gerenciamento. Isso pode ser por meio de acesso de console ou SSH, dependendo da marca do dispositivo. Conforme discutido, é importante definir corretamente o endereço IP estático e a máscara de sub-rede da interface de gerenciamento do switch. Para gerenciamento remoto, é aconselhável definir a VLAN de gerenciamento como VLAN 1 192.168.1.2/24. 

Criar e atribuir VLANs

As VLANs são usadas para fins de segmentação e separação de tráfego na camada 2. Faça login na interface de linha de comando (CLI), crie as VLANs conforme necessário e atribua portas a elas. Para casos de uso hipotéticos, você pode criar a VLAN 10 'Contabilidade' para as portas 1-10, enquanto a VLAN 20 'Vendas' usará as portas 11-20. Essa segmentação aumenta a segurança e melhora a otimização do tráfego.

Habilitar Protocolo de Árvore de Abrangência (STP)

Habilitar o STP elimina loops na rede. Levando em consideração o intervalo de switches, a maioria deles vem com o RIspr-SPanning Tree Protocol (RSTP) habilitado de fábrica. Certifique-se de verificar seu status e definir a prioridade desejada para a ponte raiz. Sobre switches importantes, é sensato definir valores de prioridade mais baixos para a seleção da ponte raiz. Isso ajudará a reduzir o tempo de inatividade, garantindo redundância.

Configurar a segurança da porta  

Aplique segurança de porta para controlar o acesso à rede e melhorar a disciplina da rede. Defina o limite para o número máximo de endereços MAC por porta e defina endereços permitidos. Por exemplo, configure a porta 5 para permitir apenas um endereço MAC específico, restringindo assim o acesso para dispositivos potencialmente invasivos.  

Modificar parâmetros de qualidade de serviço (QoS)  

Ative e configure QoS para dar maior prioridade ao tráfego crítico de rede, como voz e vídeo, em comparação aos pacotes de dados regulares. Use valores de ponto de código de serviços diferenciados (DSCP) para atribuir maior prioridade aos protocolos em tempo real. Isso garante que as operações para projetos sensíveis a atoleiros sejam confiáveis.  

Confirmar e reter configuração  

Confirme todas as configurações emitindo os comandos show vlan, show spanning-tree e show running-config e valide com precisão. Se tudo estiver definido com precisão, será necessário salvar as alterações para garantir que todas as configurações sejam mantidas após desligar o dispositivo, o que normalmente é feito com o comando write memory ou copy running-config startup-config.  

O objetivo é simplificar o processo de gerenciamento de um switch de Camada 2, aumentando seu desempenho e melhorando a confiabilidade da Rede baseada em Switch, a segmentação de escalabilidade e a segurança preparada para demandas futuras adicionais. Integrar revisões de configuração e avaliação de desempenho em operações de gerenciamento do dia a dia deve se tornar uma prática padrão.

Utilizando VLAN e Porta Recursos de gerenciamento

VLANs (Virtual Local Area Networks) e recursos relacionados ao gerenciamento de portas são algumas das ferramentas para melhoria da otimização, eficiência e segurança da rede. Os administradores de rede podem segmentar logicamente o tráfego para reduzir o tráfego de transmissão com VLANs. Dados sensíveis e críticos agora podem ser isolados, o que diminui o risco de uma violação potencial, ao mesmo tempo em que melhora o desempenho geral. O gerenciamento de portas aprimora o controle por meio do qual ações específicas são tomadas em cada porta do switch. As configurações de segurança da porta, velocidade e modo duplex são apenas alguns dos parâmetros que podem ser ajustados para obter melhor conectividade. Todos esses recursos, combinados, permitem otimização no gerenciamento de recursos, flexibilidade e promovem escalabilidade em infraestruturas avançadas de redes.

Recursos de segurança e Controle de acesso em uma Switch gerenciado de camada 2

VLANs (Virtual Local Area Networks) e técnicas de gerenciamento de portas são alguns dos métodos que podem ser usados ​​para melhorar a otimização, eficiência e segurança de uma rede. Com VLANs, os gerentes de rede podem segmentar logicamente o tráfego para podar domínios de transmissão. Agora, dados confidenciais podem ser isolados, o que diminui as chances de uma violação potencial, ao mesmo tempo em que eleva o desempenho. Melhorias no controle por meio de ações específicas tomadas em cada porta do switch são chamadas de gerenciamento de portas. Melhor conectividade pode ser obtida ajustando parâmetros como configurações de segurança de porta, velocidade e modo duplex. Juntos, esses recursos permitem otimização na utilização de recursos, flexibilidade e infraestruturas avançadas de expansão de rede.

Escolhendo o Direito Mude para sua rede: Camada 2 e Camada 3

Fatores a considerar ao selecionar um Mude para sua rede

Ao escolher um switch de rede, presto atenção às suas capacidades de desempenho e eficiência sobre o planejamento de expansão. Para começar, considero o escopo e a escala da rede para identificar se um switch de Camada 2 ou Camada 3 seria mais apropriado para meus propósitos. Depois disso, certifico-me de que o switch tenha o número necessário de portas para os dispositivos atuais e algumas para adições futuras. Além disso, determino se as capacidades de throughput e largura de banda do switch atenderão ao crescimento projetado do tráfego de rede. Outras considerações importantes incluem recursos de PoE, políticas de segurança e recursos de gerenciamento, que devem estar sincronizados com a estratégia geral para recursos de rede. Um dos últimos pontos é o planejamento sobre despesas controláveis; neste caso, certifico-me de que o switch selecionado não incorra em custos desnecessários.

Benefícios da Switch gerenciado vs Switches não gerenciados

Switches gerenciados oferecem controle, flexibilidade e escalabilidade aprimorados quando colocados lado a lado com switches não gerenciados. Eles fornecem recursos de configuração e monitoramento sobre configurações de rede, além de implementar políticas de segurança e priorização de tráfego, tornando-os adequados para redes complexas ou em expansão. Por outro lado, switches não gerenciados são mais diretos e econômicos, tornando-os adequados para redes estáticas de pequena escala que não exigem recursos avançados. Eles também não têm recursos básicos de switch gerenciado, como otimização de desempenho e confiabilidade aprimorada obtida com gerenciamento de tráfego e diagnósticos detalhados. Switches não gerenciados são, no entanto, atraentes para usuários básicos devido aos requisitos mínimos de configuração e manutenção.

O papel de Porta Gigabit Switch em Eficiência de Rede

Os switches Port Gigabit são essenciais para melhorar o desempenho de uma rede, garantindo transferência rápida de dados, reduzindo a latência e melhorando o desempenho da rede como um todo. Como tal, esses switches permitem que vários dispositivos interajam em velocidades de gigabit, acomodando assim operações que exigem muitos dados, como streaming de vídeo, computação em nuvem e outras transferências de arquivos grandes. Além disso, esses switches também são adequados para a evolução da infraestrutura de rede para empresas modernas, bem como usuários domésticos оптимизированные para acesso confiável e de alta velocidade.

explorando o Diferença entre a camada 2 e switches de camada 3 em redes

Como funciona o dobrador de carta de canal Comutação e roteamento Impacto no tráfego da rede

Tanto a comutação quanto o roteamento desempenham funções diferentes com complexidade variável e se inter-relacionam no gerenciamento do tráfego de rede. No que se refere à comutação, isso opera na camada dois (2) do modelo OSI — a comutação também conhecida como pontes MAC concentra-se no movimento de pacotes de dados dentro de uma rede local e usa endereços MAC para 'endereçamento'. Esse nível de operação garante que, dentro de um determinado segmento da rede, os dispositivos sejam capazes de se comunicar entre si e as colisões iniciais causadas pela troca de dados sejam minimizadas.

O roteamento, ao contrário, opera na camada três (3) e é responsável pelo movimento de dados de uma rede específica para outra rede com o auxílio de um endereço IP. Em outras palavras, o roteamento permite a intercomunicação e a troca de informações entre dispositivos em grandes redes, por exemplo, conexão globular de uma rede local à internet. Todas essas coisas podem ser realizadas porque há uma especificação de rotas e redes ótimas para dados e informações.

Em essência, tanto a comutação quanto o roteamento trabalham juntos, já que a comutação cuida da eficiência interna de uma rede, já que o roteamento integra redes diferentes. Assim, ambas as funções representam requisitos diferentes, mas complementares, dentro da rede.

A importância de Tabela de endereços MAC in Camada 2 Operações

Uma tabela de endereços MAC é significativa nas operações da Camada 2 da rede. Esta tabela é mantida por switches Ethernet, que mapeiam os endereços MAC dos dispositivos conectados para portas de switch específicas, para que pacotes de dados possam ser enviados para o dispositivo correto dentro de uma rede local (LAN). Em termos mais simples, quando um switch recebe um quadro, a tabela de endereços MAC é verificada primeiro para decidir para qual porta enviá-lo. Dessa forma, os quadros não são enviados para todas as portas, o que, por sua vez, torna a rede melhor e menos congestionada.

A maioria dos switches de nível empresarial hoje em dia vem equipada com a capacidade de manter centenas ou milhares de endereços MAC em suas tabelas. Um exemplo são os modernos que vêm com tabelas de hardware que podem ter mais de 32,000 endereços MAC. Isso garante que eles possam ser dimensionados e que a rede funcione corretamente. A capacidade de atualizar a tabela de endereços MAC com os endereços dos dispositivos conectados à rede é chamada de aprendizado dinâmico e é um recurso disponível em muitos switches modernos. Ao empregar isso, os switches serão capazes de rastrear os dispositivos conectados à rede sem precisar reconfigurar o dispositivo para enviar dados a todas as portas.

Na ausência de gerenciamento adequado da tabela de endereços MAC, o tráfego de transmissão excessivo pode prejudicar o desempenho da rede devido ao aumento de domínios de colisão. Isso é especialmente verdadeiro em aplicativos em tempo real, como VoIP e streaming de vídeo. Mecanismos de encaminhamento de quadros ruins podem introduzir atrasos inaceitáveis ​​que podem degradar a experiência geral do usuário. Portanto, o uso adequado das tabelas de endereços MAC é crítico para manter o equilíbrio do sistema, minimizar a latência e melhorar a eficiência operacional na Camada 2 em redes contemporâneas.

Compreensão Troca de quadros e fluxo de dados

Como em qualquer rede de computadores, ou grupo de quadros de comutação, a ação automática é realizada em relação ao recebimento, manipulação e envio de pacotes de dados em um sentido mais físico por meio de um dispositivo de comutação na camada dois do modelo OSI. A camada serve como um meio termo, dividindo o sistema em duas partes: a camada superior, que é menos dependente de hardware, e a parte inferior, que é mais dependente de hardware. Sobre a camada 2, o quadro contém um cabeçalho que tem informações sobre a unidade física do quadro que chega ou sai da camada. Outro ponto importante a ser lembrado é que cada comutador contém uma tabela de endereços MAC. Esta tabela decide se deve permitir o acesso a um espaço de endereço ou bloquear o acesso com base nas decisões de encaminhamento. 

O início do processo está na recepção do quadro na porta do switch. Cada quadro é marcado com um endereço MAC, e um switch é associado como um dispositivo intuitivo porque pode consultar o endereço MAC e dar a ele um slot. Se um dos slots tiver uma porta que não tenha um endereço disponível, o switch faz uma ação que precisa de outras portas, enviando o quadro por todas as interfaces, exceto aquela de onde ele está chegando, esperando que pelo menos uma das portas que o adicionaram tenha um MAC de destino. A operação conclui o estágio inicial da fase de aprendizado, onde os endereços podem ser adicionados à tabela MAC.

Melhorias na tecnologia aumentaram muito as capacidades de comutação. Por exemplo, switches modernos apresentam switches de hardware baseados em ASIC (Application-Specific Integrated Circuit) que são capazes de processar quadros na taxa de milhões por segundo. Esses dispositivos permitem a obtenção de tempos de resposta de microssegundos de vários dígitos e streaming de dados ininterrupto em áreas onde a latência de comunicação deve ser extremamente mínima, por exemplo, em transações financeiras ou streaming de conteúdo HD. Além disso, ferramentas para monitorar o desempenho da rede indicam que switches equipados com recursos avançados de buffer de pacotes são capazes de gerenciar tráfego de pico, o que resulta em menos quedas de quadros durante o uso de pico.

Para aplicações modernas de alta largura de banda, a segmentação de VLAN e as técnicas de priorização de tráfego relacionadas à Qualidade de Serviço (QoS) são indispensáveis. As VLANs, por um lado, auxiliam na organização e no isolamento do tráfego de entrada, ajudando a reduzir o problema de interferência de dados não solicitados; enquanto, por outro lado, a QoS permite a priorização de fluxos críticos como VoIP sobre os fluxos de dados relativamente menos urgentes. Todos esses fatores contribuem para melhorar o design e a robustez das arquiteturas de rede modernas em termos de desempenho, escalabilidade e confiabilidade.

Perguntas Frequentes (FAQs)

P: Qual é a principal diferença entre um roteador e um switch de camada 3?

R: Roteadores e switches de camada 3 diferem de forma otimizada em funcionalidade, design e aplicação. A função principal de um roteador é interconectar diferentes redes e executar ações de roteamento em contraste com a de um switch, que é projetado como um switch de alta velocidade aprimorado por roteador. Além disso, os roteadores tendem a conter protocolos de roteamento avançados juntamente com recursos de WAN, enquanto os switches de camada 3 compreendem o FSW de um switch de camada 2 com alguns recursos de roteamento IP. Ambos os dispositivos utilizam tabelas de roteamento e tomam decisões de encaminhamento com base em endereços IP, no entanto, os switches de camada 3 são conhecidos por serem melhores no processamento de pacotes em ambientes de LAN devido ao roteamento baseado em hardware em vez de software.

P: Qual é a diferença entre um switch Ethernet Cisco de camada 3 e um de camada 2?

R: Um switch Cisco Ethernet Layer 2 foca exclusivamente em funções de camada de enlace de dados. Um switch Layer 2 pode encaminhar um quadro dentro de um switch com base no endereço MAC dentro do quadro. Um switch Layer 2 cria segmentos na rede e é capaz de gerenciar VLANs dentro de um domínio de transmissão. Em comparação a estes, os switches Cisco Layer 3 são capazes de executar todas as funções de um switch Layer 2, além de executar as funções adicionais de um roteador. Isso permite que eles tomem decisões de encaminhamento com base em endereços IP, roteamento entre VLANs e utilizem protocolos de roteamento como OSPF e EIGRP. Os modelos Cisco Layer 3 são mais comumente usados ​​em camadas de núcleo e distribuição corporativas porque tendem a ter melhor desempenho de QoS, recursos de segurança e densidade de porta.

P: Qual é a diferença de funcionalidade entre as camadas 2 e 3 para switches Ethernet?

R: Um switch ethernet olha o endereço MAC de destino para quadros de entrada e, confiando em sua tabela de endereços MAC de camada dois, encaminha-o para a porta de switch relevante. Como dispositivos de camada dois, os switches não podem rotear entre redes ou VLANs sem a ajuda de um roteador externo. Isso significa que eles funcionam apenas na camada de link de dados do modelo Open Systems Interconnection. Ao contrário dos switches de camada dois, os switches de camada três examinam o endereço IP de destino do pacote, além de executar todas as funções da camada dois. Isso permite que os switches de camada três roteiem entre diferentes redes ou VLANs, controlem listas de acesso com base nas informações de IP e utilizem protocolos de roteamento. Em outras palavras, os switches de camada três combinam a funcionalidade de um switch e um roteador em um único dispositivo de rede.

P: Qual modelo de switch Ethernet devo usar para minha rede, Camada 2 ou Camada 3?

R: Um switch ethernet de camada 2 é mais útil quando há uma necessidade básica de manter uma conexão dentro de um único segmento de rede com encaminhamento de quadro de velocidade, bem como necessidades simples de rede e pouca comunicação entre VLANs. Um switch básico é adequado para pequenos escritórios, redes de ponta ou quando há um roteador separado executando as funções de comutação. Um switch de camada 3 é selecionado para habilitar o roteamento entre VLANs sem um dispositivo extra, para roteamento de alto desempenho dentro de uma LAN, segmentação de rede complexa ou gerenciamento de tráfego sofisticado. Os switches de camada 3 são preferidos no núcleo da rede, camada de distribuição ou rede de campus para grandes organizações com altos requisitos de largura de banda e onde o tráfego de várias VLANs precisa de roteamento.

P: Qual é a diferença no gerenciamento de tabelas de roteamento por switches de camada 3 e roteadores tradicionais? 

R: Os switches da camada 3 gerenciam as tabelas de roteamento de suas redes tão sofisticadamente quanto os roteadores tradicionais, o que inclui manter o controle dos destinos e saltos da rede. Embora os switches da camada 3 tenham tabelas de roteamento como roteadores tradicionais, os switches realizam as funcionalidades de roteamento usando hardware (ASICs), que é, comparado aos roteadores baseados em software, notavelmente mais rápido. Eles suportam protocolos de roteamento padrão como OSPF, EIGRP e RIP, mas poderiam ter suprimido habilidades de roteamento mais complexas do que os roteadores primários. Além disso, os switches da camada 3 têm bom desempenho no roteamento entre VLANs na rede local (LAN), enquanto podem ter desempenho inferior nas conexões de rede de longa distância (WAN) e tarefas de roteamento complexas. Suas tabelas de roteamento são otimizadas para um funcionamento mais rápido em uma rede local em vez de uma rede de longa distância.

P: Quais são as diferenças no tratamento de pacotes de dados entre um switch gerenciado de camada 3 e um switch de camada 2?

Um switch gerenciado de camada 3 é capaz de processar pacotes de dados com maior profundidade do que um switch de camada 2, pois pode analisar os dados com base no endereço de destino. Os switches gerenciados e não gerenciados examinam cabeçalhos de quadro, no entanto, os switches de camada 2 são limitados apenas a olhar para endereços MAC que são usados ​​como destino. Ao contrário dos switches de camada 2, um switch gerenciado de camada 3 pode executar o roteamento, o que é possível por meio da capacidade adicional de olhar mais profundamente no cabeçalho IP. Por causa disso, o switch pode rotear o tráfego entre diferentes VLANs ou sub-redes sem a assistência de um roteador externo. Os switches gerenciados de camada 3 suportam o uso de arping, que usa protocolos de resolução de endereço para vincular um endereço IP a um endereço MAC. As políticas de QoS, bem como o controle de acesso, também podem ser fornecidos na camada 3, o que torna o gerenciamento do tráfego de rede por meio do valor da camada 3 mais flexível e complexo do que com a camada 2.

P: Qual é a finalidade de um switch de Camada 3 em uma rede que já possui um roteador? 

R: Há vários motivos pelos quais você ainda pode precisar de um switch de camada 3, mesmo com um roteador existente. Primeiro, um switch de camada 3 geralmente tem uma taxa de transferência maior para roteamento entre VLANs, muito maior do que um roteador tradicional, o que elimina a estagnação da rede. Segundo, eles melhoram a velocidade da rede ou circuito executando o roteamento em hardware em vez de software. Terceiro, um switch de camada 3 melhora o design geral da rede combinando comutação e roteamento em um dispositivo e reduzindo a necessidade de um switch de camada 2 quando há uma opção de switch de camada 3. Além disso, em redes enormes com várias VLANs, descarregar o roteamento intradomínio para switches de camada 3 ajuda a distribuir a carga para o roteador e evita que ele seja usado em excesso. Por fim, os roteadores de camada 3 são conhecidos por sua alta saída de porta comutada, permitindo assim maior densidade de conexão e roteamento ao mesmo tempo.

P: De que maneiras um switch gigabit ethernet de camada 3 auxilia em operações de rede mais rápidas?

R: Os ganhos de desempenho de rede de um switch gigabit Ethernet com capacidade de Camada 3 são múltiplos. Esses switches também combinam comutação de alta velocidade, em velocidades de gigabit ou mais altas com funções de roteamento, eliminando o atraso arcaico de ter que rotear o tráfego por meio de um roteador separado, geralmente muito mais lento. Os switches de Camada 3 usam hardware (ASICs) para tomar a decisão de roteamento em vez de software. Isso permite um rendimento muito maior e menor latência para o tráfego roteado. Eles permitem o roteamento direto entre VLANs na velocidade do fio, o que é benéfico para o desempenho das comunicações entre VLANs. Além disso, esses switches também são capazes de implementar recursos avançados de gerenciamento de tráfego, como QoS para aplicativos críticos. Os switches também têm maior densidade de porta em comparação aos roteadores tradicionais, de modo que mais dispositivos podem ser conectados em velocidades de gigabit e se beneficiar da comutação de pacotes e do roteamento dentro do dispositivo.

P: Quais fatores são mais importantes a serem considerados para determinar se um switch de camada 2 atende às necessidades de rede da minha organização? 

R: Se você está tentando estabelecer se um switch de camada 2 seria suficiente, é importante analisar o escopo da complexidade, tamanho e expansão futura da sua rede. Um switch de camada 2 provavelmente é adequado se houver apenas uma sub-rede ou algumas VLANs na rede; houver pouco tráfego intra-VLAN; já existir um roteador que executa funções de roteamento; a utilização da largura de banda entre redes for baixa; e a ênfase estiver no valor em oposição aos recursos avançados. Além disso, determine se há requisitos básicos de QoS e segurança que são atendidos, considerando que os switches de camada 2 oferecem recursos limitados quando comparados aos switches de camada 3. Se sua organização for pequena e tiver requisitos de conectividade simples que não exijam segmentação de rede, os switches de camada 2 serão suficientes. Se, por outro lado, você espera mais usuários e um design de rede mais complicado, seria aconselhável investir em um switch de camada 3.

Fontes de Referência

1. Uma nova abordagem para resolver o problema do loop da camada 2 em Redes Definidas por Software (SDNs)

• Autor principal: Esmaeil Amiri Autor Secundário: R. Javidan
• Ano de publicação: 2019
• Publicação: Sistemas de telecomunicações
• TOKEN DE CITAÇÃO: (Amiri e Javidan, 2019, pp. 47–57)

SINOPSE

• Neste artigo, os autores propõem uma nova técnica para o problema de prevenção de loop em redes de Camada 2 de Software Defined Networking (SDN). Sua abordagem é comparada com o Spanning Tree Protocol (STP), alegando que seu método fornece melhores resultados em termos de bloqueio de portas de switch e uso de capacidade de switch. A metodologia inclui teorias junto com simulações para provar a eficácia do design de prevenção de loop sugerido.

2. Um switch SDN híbrido baseado no código P4 padrão

• autores: J. Alvarez-Horcajo et al.
• Ano de publicação: 2021
• Diário: Cartas de comunicação do IEEE
• Token de citação: (J. Alvarez-Horcajo et al, 2021, pp.)

Resumo:

• Esta pesquisa propõe um novo switch híbrido Software-Defined Networking (SDN) Layer-2 usando a linguagem Programmable Protocol-independent Packet Processors (P4). O comportamento do switch é especificado com P4Runtime e, portanto, funções programáveis ​​de plano de dados são alcançáveis. Os autores alegam melhor desempenho do que outras propostas P4, comentando sobre a capacidade do switch de autoconfigurar seus recursos de encaminhamento. A metodologia consiste em comparações de desempenho com outras implementações.

3. P4VBox: Implementando Virtualização em Switches Compatíveis com P4

• Autor (es): Mateus Saquetti et al.
• Ano de publicação: 2020
• Fonte: Cartas de comunicação do IEEE
• Citando informações: (Saquetti et al., 2020, pp.)

Visão geral:

• Neste artigo, apresentamos o P4VBox, um framework que facilita a virtualização de switches P4. Os autores validam a possibilidade de execução paralela de inúmeras instâncias de switches virtuais, o que leva a uma maior facilidade de uso e eficiência no gerenciamento de rede. A pesquisa demonstra a possibilidade de executar até 13 switches virtuais ao mesmo tempo, o que aumenta muito a largura de banda e reduz a latência. A abordagem é baseada na implementação real em uma placa NetFPGA-SUME.

4. Rede de computadores

5. Roteamento

6. Interruptor de rede