Saber como um Switch L2 encaminha informações na Rede é fundamental para qualquer profissional de tecnologia, seja você iniciante ou mais avançado, pois muitos problemas podem ser resolvidos se entendemos bem o encaminhamento de quadros através de uma LAN.
Os switches podem ser classificados de várias maneiras, porém quando tratamos de encaminhamento de informações temos que entender o que é e como funciona um Switch L2 ou layer-2 ou camada-2.
Ser um Switch L2 significa que ele atua na camada de Enlace do Modelo OSI e faz o encaminhamento utilizando os Frames ou Quadros de camada-2.
Basicamente aprendendo os endereços MAC de origem dos quadros que estão trafegando em suas portas e guardando em uma tabela de endereços MAC.
Funções de um Switch L2
As três funções básicas de um switch camada-2 ou switch L2 são:
- Aprender os endereços MAC de origem dos hosts conectados às suas portas.
- Encaminhar ou filtrar quadros com base no endereço MAC de destino do quadro recebido em uma porta.
- Evitar loops de camada-2 com o protocolo Spanning-tree ou STP.
Tipos de Endereços MAC
Lembre-se que já citamos que os switches L2 podem ler e tomar decisões com base no endereço de camada-2 do quadro Ethernet, por isso precisamos conhecer os três tipos de endereços MAC utilizados em comunicações via IP:
- MAC de endereços de Unicast: é o MAC da placa de rede do computador, roteador ou de um switch, identifica o dispositivo ou interface em uma LAN de maneira exclusiva, ou seja, para comunicações de host a host (um para um).
- MAC de broadcast: todos os 48 bits setados em 1 “ff:ff:ff:ff:ff:ff” e é utilizado quando um host quer se comunicar com todos os dispositivos da LAN (um para todos).
- MAC de multicast: faixa de 01:00:5e:00:00:00 até 01:00:5e:7f:ff:ff, sempre iniciando em “01:00:5e”. É utilizado para comunicações em grupo (um para alguns hosts do mesmo grupo de multicast).
Ao receber um quadro, o switch aprende o MAC pelo campo de endereço de origem do quadro ethernet e encaminha com base no endereço de destino.
É importante lembrar-se de que o aprendizado depende do estado que o spanning-tree vai colocar a porta após sua convergência, uma porta bloqueada não aprende endereços MAC.
Encaminhamento de Quadros em Switches L2
Na fase de encaminhamento o switch pode tomar três ações básicas:
- Encaminhar para uma porta de destino específica.
- Encaminhar para todas as portas menos pela que recebeu o quadro, processo chamado de flooding ou inundação de quadros. Esse processo é realizado quando o switch não conhece o MAC de destino ou esse destino é um broadcast ou multicast. Outra situação de flooding é quando o número máximo de MACs é atingido, nesse caso o switch acaba se comportando como um HUB.
- Não encaminhar e filtrar esse quadro (bloquear o envio), normalmente em portas onde temos HUBs conectados e os dois hosts estão conectados ao mesmo HUB.
Os MACs de broadcast enviados pelos dispositivos conectados ao switch não são armazenados pela tabela de endereços MAC, por isso quando o switch recebe como endereço de destino um broadcast é sempre feito o flooding dos quadros para todas as portas menos para a porta que originou o quadro.
Por padrão os quadros de multicast também são tratados como os de broadcast, porém existem configurações mais avançadas para melhorar o desempenho de multicasts enviados através de switches, mas isso é um assunto mais avançado e fica para uma próxima postagem!
Os switches encaminham quadros em suas portas de acesso (access) com base no endereço MAC de destino seguindo as regras básicas de abaixo:
- O quadro recebido tem MAC de destino de Unicast está na tabela de endereços MAC à o switch encaminha para a porta de destino conforme tabela de endereços MAC.
- O quadro recebido tem MAC de destino de Unicast e não está na tabela de endereços MAC à o switch faz o flooding do quadro para todas as portas pertencentes à mesma VLAN, menos para a porta de origem. O quadro também é encaminha do para o link trunk que tem aquela VLAN permitida.
- O quadro recebido tem como MAC de destino um endereço multicast ou broadcast à o switch faz o flooding do quadro para todas as portas da mesma VLAN, menos para a de origem. O quadro também é enviado para os trunks que tem a VLAN em questão permitida.
- O MAC de destino é de Unicast e está listado na mesma porta que o MAC de origem à o switch filtra o quadro, pois essa porta está sendo compartilhada com outros dispositivos através de um HUB ou Switch através de uma porta de acesso, portanto o quadro com certeza não está em outro segmento de rede e não precisa ser encaminhado.
Com as regras acima podemos prever o comportamento normal do switch ao encaminhar quadros para determinado destino específico através de portas de acesso.
Agora vamos analisar o que acontece com os quadros em portas trunk.
Encaminhamento em Portas Trunks 802.1Q
Em portas configuradas como trunk, sejam 802.1Q ou ISL, quando um quadro é recebido ele vem marcado com a Tag da VLAN que ele pertence (VLAN-ID).
O switch que recebeu o quadro precisa retirar a Tag para encaminhar esse quadro recebido para a porta de acesso ou simplesmente encaminhar o quadro com a tag para outro trunk que pertence à mesma VLAN e tem o MAC de destino cadastrado.
Se o switch de destino também não conhece o MAC ele fará um flooding do quadro para todas as portas que estão na mesma VLAN e para os trunks que tem a VLAN em questão permitida, menos para o trunk que o recebeu até alcançar o host de destino.
Os trunks dos switches guardam na tabela de endereços MAC os endereços que foram utilizados remotamente em conversações entre hosts.
Esse comportamento permite a redução do envio de flooding e também permite estender as VLANs entre diferentes switches.
O processo de retransmissão do flooding pelos trunks citado anteriormente vai sendo repetido até o último switch que estiver em cascata, por isso não se recomenda ter redes com um diâmetro muito grande, ou seja, muitos switches em cascata conectados em série.
O uso da topologia em três camadas reduz esse efeito do diâmetro de rede.
Com isso chegamos ao fim de mais um artigo e esperamos que tenham sido úteis as informações que passamos nesse artigo!
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