Switches L2 - O que é e como funciona um switch de camada 2 (Layer 2)

Switches são os comutadores que conectam a maioria dos elementos presentes em uma infraestrutura de rede cabeada.

Esses sistemas atuam como uma espécie de ponte ou unidade de controle para que diversos dispositivos como storages, computadores, impressoras, servidores possam se comunicar.

Com a evolução das tecnologias e a necessidade de conexão de mais dispositivos na mesma infraestrutura, os network switches evoluíram para dividir uma LAN em vários domínios de colisão ou segmentá-la em diferentes anéis.

O que é um switch L2?

Switch L2 é um comutador ethernet que atua na camada de enlace do modelo OSI (Layer 2), ou seja, utiliza o MAC address da porta de cada dispositivo para identificar os pacotes de dados recebidos e determinar o melhor caminho pelos quais os quadros devem ser encaminhados.

Em outras palavras, os switches de camada 2 utilizam técnicas de comutação baseadas no endereço de hardware de cada dispositivo para conectar e transmitir dados em uma rede local (LAN).

Esses switches executam essencialmente a função de ponte entre os segmentos da LAN, uma vez que encaminham os quadros de dados com base em seu endereço de destino, ignorando qualquer preocupação com o protocolo de rede que está sendo usado.

Considerando tais aspectos, os switches L2 são essencialmente bridges multiportas capazes de identificar as portas físicas de cada dispositivo, que operam com cabos ethernet em alta velocidade e com latência extremamente baixa.

Os switches Layer 2 são mais simples de instalar e configurar que os switches L3, podem ser gerenciáveis, custam mais barato e são facilmente encontrados no mercado.

Modelo OSI

O modelo OSI (Open Systems Interconnection) nada mais é do que um modelo de arquitetura para sistemas de rede abertas e serve como um modelo idealizado das conexões lógicas que devem ocorrer para garantir a comunicação da rede.

Para isso, o modelo é composto de 7 camadas, sendo elas: física; de enlace dos dados; de rede; de transporte; de sessão; de apresentação e de aplicação, respectivamente. Logo, um switch de camada 2 opera exclusivamente na camada de enlace dos dados.

Como funciona um switch L2?

Uma vez instalado, um switch L2 aprende sobre os dispositivos como hosts e end-points conectados, examinando os endereços MAC de origem dos quadros que recebe.

A partir dessa verificação, o switch constrói uma espécie de banco de dados ou tabela de dispositivos, com todos os endereços e as respectivas portas de comunicação as quais eles estão mapeados.

Assim que um quadro chega em uma das portas do switch, o equipamento examina seu MAC address e o encaminha para a porta à qual o host de destino está conectado.

Caso o endereço de origem do quadro não seja familiar, o switch enviará o quadro para todas as demais portas, exceto é claro, pela qual o quadro entrou.

Switches de camada 2 podem transmitir dados tanto na camada física quanto na camada de enlace dos dados do modelo OSI, mas não podem transferir pacotes como outros switches de camadas superiores (3, 4 e assim por diante).

Isso acontece porque esses sistemas não possuem mecanismos para lidar com protocolos de roteamento, ou seja, não são capazes de transmitir pacotes utilizando endereço IP ou priorizar logicamente os envios e recebimentos de acordo com o aplicativo.

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Funções básicas de um switch de camada 2

A maioria dos switches encontrados no mercados são equipamentos que atuam na camada 2 do modelo OSI e tem como principais funções:

• Aprender os MAC address de origem dos dispositivos conectados às suas portas;
• Encaminhar ou filtrar quadros conforme o endereço de destino dos quadros.
• Evitar os loops de chamada de enlace com o protocolo spanning-tree (STP), o que possibilita a criação de redes com caminhos redundantes.

Vale destacar que a filtragem ocorre geralmente quando há hubs conectados às portas dos comutadores.

Os tipos de MAC address

Quando um switch recebe um quadro, ele aprende o endereço MAC pelo campo de endereços de origem do quadro ethernet e posteriormente o encaminha conforme o endereço de destino.

Um switch de camada 2 pode ler e tomar decisões de acordo com o MAC address do pacote de dados recebidos. Há basicamente, três tipos de endereços MAC utilizados em comunicações via IP, são eles:

• MAC unicast: Este tipo de endereço é usado em comunicações do tipo "one-to-one", ou seja, quando um quadro é enviado de um único dispositivo transmissor para um único dispositivo destino. Ele identifica e endereça de forma exclusiva os endereços físicos das placas de rede de servidores, computadores, roteadores ou switches.
  
• MAC multicast: Iniciando sempre em “01:00:5e”, o endereço multicast é utilizado para as comunicações onde um dispositivo de origem envia um pacote para um grupo de dispositivos.
  
• MAC broadcast: Trata-se do endereço utilizado quando um host precisa se comunicar com todos os dispositivos da rede local (um para todos). Além do mais, um domínio broadcast é uma divisão lógica de uma rede onde todos os nós dessa rede podem ser atingidos na camada 2 por uma transmissão de quadro.
  

Quando usar o switch de camada 2

Switches Layer 2 são os comutadores mais usados para criar LANs Virtuais (VLANs), ou seja, onde a segmentação lógica da rede se difere das conexões físicas. Essa segmentação equivale a divisão de uma rede local física em vários domínios menores de comutação.

Ao segmentar uma estrutura física de rede local em domínios de colisões menores, o switch de camada 2 otimiza o tráfego de dados entre a origem e destino, diminui as colisões de pacotes e melhora o desempenho da infraestrutura de TI.

Um switch L2 geralmente trabalha associado à um roteador. Enquanto o primeiro cria VLANs, o segundo fornece funções de nível superior como o acesso à outras rede ou a tradução de protocolos.

Switches L2 ou switches L3?

Enquanto switches Layer 2 tratam apenas do endereçamento MAC, os switches de camada 3 também podem fazer o roteamento de pacotes, por isso, geralmente são usados em grandes infraestrutura de rede desempenhando o papel de um switch core e conectando os demais switches de borda.

Além disso, os switches L2 são mais rápidos do que os roteadores ou switches de camada 3, uma vez que não ocupam tempo analisando as informações do cabeçalho da camada de rede. Ao invés disso, analisam apenas o MAC address de origem para decidir o que fazer com o quadro (encaminhar ou descartar).

Como escolher o switch correto?

A escolha de um switch de rede pode influenciar toda a transmissão de dados, seja para apenas transmitir conteúdo dentro de um residência como fazer a distribuição de dados de computadores de uma rede corporativa.

Vale observar que a quantidade de portas, o número de redes virtuais suportadas, os tipos de interfaces e o tipo de cabo utilizado também devem ser considerados antes de escolher qualquer equipamento.

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