Switch Gigabit: O que é e como funciona?

Switch Gigabit é um equipamento usado nas infraestruturas de TI de empresas e residências que faz a conexão entre dispositivos como computadores e servidores dentro da rede local, com velocidades de pelo menos 1 Gbps (Gigabits por segundo).

Toda infraestrutura que conecta dispositivos computacionais precisa de uma série de regras para organizar a comunicação e o tráfego de dados. Essa organização é feita através de elementos que envolvem hardware, software, protocolos de comunicação e dispositivos como network switches.

A maioria dos switches obedecem o padrão ethernet, que é um conjunto de normas para a transmissão de dados entre sistemas computacionais dentro de redes de comunicação.

O aparelho, em geral, funciona da seguinte forma: Quando um switch recebe um pacote ethernet, ele armazena o endereço lógico do dispositivo de envio (MAC address) e a porta à qual o mesmo está conectado em uma tabela.

Posteriormente, o switch verifica em sua tabela se o MAC address de destino e o dispositivo final está conectado a mesma infraestrutura. Caso a resposta seja positiva, o switch encaminhará o pacote para a porta de destino conhecida.

Caso contrário, o pacote é transmitido para todas as portas e o sistema irá aguardar uma resposta. Assim que o dispositivo de destino correto responder a requisição, um novo endereço conhecido é adicionado a tabela.

Vale destacar que os equipamentos com velocidade Gigabit Ethernet substituíram os baseados em Fast Ethernet como o padrão de rede atual.

O que é o padrão ethernet?

Ethernet é o protocolo de comunicação digital que é a base de quase todas as redes compartilhadas, incluindo a Internet, e fornece um conjunto de regras que documentam como os dados devem ser empacotados e transmitidos.

Esse padrão foi criado pelo IEEE (Institute of Electrical Electronic Engineers), utiliza o protocolo Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection (CSMA/CD) e consiste basicamente na padronização de três elementos: O meio físico, as regras de controle de acesso e o quadro ethernet.

Esse protocolo também é responsável por definir quando transmitir e o que deve acontecer se uma colisão de pacotes de dados for detectada, bem como qual será o endereçamento de endpoint, velocidades de transmissão e a mídia.

Como funciona um switch Gigabit?

Um switch Gigabit ethernet conecta vários dispositivos que são cabeados fisicamente na mesma infraestrutura. Os cabos utilizados nesse ambiente incluem o padrão de par trançado ethernet, cabos coaxiais e fibra ópticas.

É importante reforçar que todo dispositivo compatível com o padrão ethernet possui um endereço físico codificado exclusivo (MAC address), utilizado pelo switch para identificar o endereço lógico de cada equipamento.

Quando um dispositivo é conectado a uma porta, o switch gerencia o fluxo de dados entre ele e os outros dispositivos, bem como demais aplicativos, dados, serviços em nuvem e a própria Internet.

Nestes casos, o processo de comutação direciona os dados entre as portas de entrada e saída do switch, que registra a porta do dispositivo de envio e de destino, bem como o MAC Address de cada dispositivo.

Assim, o endereço MAC do remetente e do destino são incluídos nos dados enviados através da adição de um quadro Ethernet. Se o switch estiver conectado diretamente aos dois dispositivos, o dispositivo de destino aceitará o pacote de dados, responderá e a transmissão será concluída.

Todavia, se o dispositivo estiver conectado a outro switch, o próximo comutador repetirá o processo de pesquisa e encaminhamento até que o quadro atinja o destino pretendido.

Quão rápidos são os switches Gigabit?

Os padrões atuais de Gigabit Ethernet definem velocidades nominais entre 1G a 800G por porta e suportam de tudo, desde residências e pequenos escritórios até grandes empresas e data centers.

Assim como em outras tecnologias, o aumento contínuo no transporte de dados e a maior exigência de velocidades dentro das redes tem obrigado os fabricantes de switches Gigabit a acrescentar continuamente novos recursos aos seus equipamentos.

Recursos do switch gigabit

Os switches gigabit geralmente são fáceis de instalar, não exigem configurações sofisticadas, possuem recursos de segurança, alta capacidade de encaminhamento e desempenho superior ao seus antecessores (switches Fast Ethernet).

Atualmente são comercializados diversos tipos de switches, como modelos com apenas algumas portas para uso residencial até sistemas empilháveis capazes de interligar centenas de servidores, computadores e sistemas de armazenamento.

Alguns desses equipamentos também são equipados com tecnologias como a PoE (Power-over-Ethernet) e suporte à adequação de velocidades Multi Gigabit, que proporcionam maior flexibilidade para o ambiente e compatibilidade com a infraestrutura.

Power over Ethernet (PoE)

Power over Ethernet ou PoE é a tecnologia que permite que dispositivos como terminais e câmeras IP sejam alimentados eletricamente por meio de suas conexões ethernet, em vez de exigir a instalação de um ponto de energia elétrica física tradicional ou bateria próxima ao equipamento.

Um switch PoE permite por exemplo conectar câmeras IP externas à sistemas de vídeo-monitoramento, acess points instalados em locais de difícil acesso ou sistemas de telefonia utilizando apenas um cabo de rede.

Essa facilidade aumentou a flexibilidade e o alcance dos sistemas conectados, contribuindo muito para a instalação de dispositivos e a criação dos edifícios e sistemas de vigilância inteligentes.

Multi Gigabit Ethernet

A tecnologia Multi Gigabit Ethernet possibilita que infraestruturas de rede existentes possam ser interligadas através por switches que incorporam novas tecnologias e maior alta velocidade.

A tecnologia Multi Gigabit permite um novo servidor que suporte velocidades de 5 a 10 Gbps seja incorporado a uma rede gigabit. Essa tecnologia é útil nos casos que exigem velocidades maiores e precisam ser alcançadas em parte do cabeamento, como a conexão de um servidor.

A chegada do padrão 802.3bz (Multi-Gigabit Ethernet) permitiu que interfaces de rede com velocidade de 1GbE, 2.5GbE, 5GbE e 10GbE (incluindo PoE, PoE+ e 802.3bt), utilizem o cabeamento de par trançado já instalado, por isso foi rapidamente adotada como padrão pelo mercado.

Segurança

Muitos switches Ethernet possuem suporte integrado para recursos de segurança, como segmentação e firewalls de hospedagem. Além disso, a maioria dos switches oferecem algum tipo de gerenciamento e serviço (QoS).

Os recursos de segurança disponíveis nos switches variam de acordo com a categoria que ele está inserido, porém todos esses dispositivos possuem alguma uma interface de gerenciamento.

A regra é simples: Quanto maior a infraestrutura, a complexidade das aplicações e o número de usuários dentro do mesmo ambiente, maior será a necessidade de implementar switches corporativos gerenciáveis, escaláveis e seguros.

Número de conexões

A quantidade de portas de um switch Gigabit varia de acordo com cada aplicação e dos requisitos desejados. Quanto mais usuários de rede e terminais estiverem em uso, mais portas serão necessárias.

De modo geral, os switches de configuração fixa estão disponíveis com 4 a 52 portas. Já os sistemas modulares (switches empilháveis) podem ser dimensionados para centenas de portas.

É relativamente simples encontrar switches não gerenciáveis com apenas quatro portas, porém não é raro que grandes sistemas modulares sejam usados para conectar centenas de equipamentos em uma configuração corporativa.

Hospedagem de aplicativos

Alguns modelos mais modernos de switches gigabit já suportam a hospedagem de aplicativos no próprio equipamento. Neste contexto, esses sistemas oferecem mais opções aos desenvolvedores para melhorar o desempenho da rede.

Por exemplo, localizar um aplicativo específico da rede em um switch na borda pode ajudar a proporcionar uma melhor experiência ao usuário.

Além disso, aplicativos de computação distribuída hospedados em um switch instalado em um ambiente de construção inteligente pode tornar todos os sistemas internos mais responsivos.

Tipos de switches gigabit

Além dos diferenciais de classificação pela velocidade de transmissão e número de portas de cada dispositivo, existem vários outros tipos de switch Gigabit a serem considerados. Exemplos e comparações:

Switches de configuração fixa versus modulares

Um switch de configuração fixa tem um número definido de portas e não é expansível, enquanto um switch modular ou empilhável é projetado para ser escalável, combinando fisicamente vários módulos que atuam como um só sistema.

Vale ressaltar que um switch empilhável também pode permitir tipos adicionais de módulos de expansão, como aqueles voltados para segurança, conectividade sem fio ou análise de rede.

Essa possibilidade permite também adicionar novos recursos para dar suporte a aplicativos específicos ou para acrescentar mais disponibilidade ao sistema, como fontes de alimentação ou ventiladores de refrigeração duplicados.

Switches inteligentes

Os switches inteligentes oferecem recursos de gerenciamento, segmentação e segurança para os sistemas de configuração fixa. Embora não sejam tão escaláveis quanto outros, são uma alternativa de baixo custo para determinadas situações.

Um switch inteligente pode, por exemplo, ser usado para conexão de borda com grandes redes que possuem switches maiores gerenciáveis no núcleo ou como infraestrutura para redes menores, menos complexas e sem requisitos de escalabilidade.

Switches não gerenciáveis versus gerenciáveis

Os switches não gerenciáveis geralmente são projetado para funcionarem na modalidade "Plug And Play". Um switch dessa categoria pode ser instalado sem precisar ser configurado e fornece conectividade básica para uma pequena LAN residencial ou comercial.

Já os switches gerenciáveis possuem mais recursos e exigem conhecimento para fazer suas configurações, mas oferecem maior suporte à experiência do usuário, mais segurança, capacidade de gerenciamento e escalabilidade.

Switches autônomos versus empilháveis

Em geral, um switch autônomo é gerenciável e foi configurado com um número definido de portas. Por outro lado, switches empilháveis podem ser conectados a novas unidades para aumentar, o número de portas, a capacidade do tráfego e a disponibilidade da rede.

Para configuração, solução de problemas e gerenciamento, uma pilha de switches empilháveis pode ser tratada como uma única unidade. Logo, se qualquer parte da pilha falhar, as transmissões serão roteadas em torno da falha, evitando um gargalo de rede.

Como um switch é diferente de um roteador?

Um switch, no geral, conecta usuários em uma LAN usando o MAC address, enquanto um roteador usa endereços IP para rotear transmissões e para conectar LANs a outras redes de área ou à Internet.

Por que os switches Gigabit Ethernet são importantes?

Atualmente, os Switches Gigabit Ethernet são a base para a maioria das LANs. Para se ter uma ideia, os switches foram introduzidos em 1998 como parte do padrão Gigabit Ethernet IEEE 802.3z e usados pela primeira vez como switches centrais em LANs maiores de 3 camadas.

Desde então, à medida que mais dispositivos são conectados, mais aplicativos são criados e os usuários fazem o uso intensivo de mais largura de banda, a rede que os conecta também precisa fornecer mais largura de banda da borda ao núcleo.

Assim, antigos switches de entrada que normalmente forneciam velocidades Fast Ethernet (10–100 Mbps) para seus dispositivos finais ou pontos de acesso Wi-Fi, agora precisam suportar velocidades de 1 Gbps ou superiores.

O que consequentemente, exige que as velocidades na camada de distribuição e nos switches de núcleo também aumentem, de 1G / 10G para 25G / 50G na camada de distribuição e de 10G / 40G para 50G / 100G e até além no núcleo.

Switches gigabit requerem cabeamento especial?

A maioria dos switches Gigabit suportam o padrão IEEE 802.3bz Multi Gigabit. Isso significa que os cabeamentos do padrão Cat5e e Cat6 podem ser usados para velocidades até 5 Gbps com cabos de comprimento máximo até 100 metros.

Velocidades acima de 5 Gbps podem exigir cabeamento especial, dependendo da distância entre os pontos de rede, a velocidade necessária e a interferência eletromagnética.

Neste contexto, o cabeamento Cat6 suporta velocidades até 10G até 55 metros e o padrão Cat6a ou superiores suportam 10G a 100 metros com IEEE 802.3an. Já o cabeamento de fibra óptica é necessário para cobrir grandes distâncias e fazer a transmissão de dados em velocidades acima de 10G.

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