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Tudo sobre switches da Camada 2 e Camada 3 no Sistema de Rede

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Diferença entre switches da Camada 2 e Camada 3 no Sistema de Rede de Computadores:

Nisso Série de treinamento de rede para iniciantes , nosso tutorial anterior nos informou sobre Classes de sub-rede e rede em detalhe.

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Aprenderemos os vários recursos e a aplicação dos switches nas camadas 2 e 3 do modelo de referência OSI.

Exploraremos as diferenças fundamentais entre o método de trabalho dos switches da camada 2 e da camada 3 aqui.

O conceito básico que se ramifica na maneira de trabalhar entre os dois tipos de switches é que os switches da camada 2 dispõem o pacote de dados para uma porta de switch predefinida com raiz no endereço MAC do host de destino.

switches da camada 2 e camada 3 (2)

Não há algoritmo de roteamento seguido por esses tipos de switches. Considerando que os switches da camada 3 seguem o algoritmo de roteamento e os pacotes de dados são destinados ao próximo salto definido e o host de destino é enraizado no endereço IP definido na extremidade do receptor.

Também exploraremos como esses interruptores ajudam os testadores de software situados a quilômetros de distância no envio e recebimento de uma ferramenta de software.

O que você aprenderá:

Switches da camada 2

A partir da introdução acima sobre as duas opções de camada, uma questão interessante surge em nossa mente. Se os switches na camada 2 não seguem nenhuma tabela de roteamento, então como eles aprenderão o endereço MAC (endereço único de uma máquina como 3C-95-09-9C-21-G2 ) do próximo salto?

A resposta é que ele fará isso seguindo o protocolo de resolução de endereços conhecido como ARP.

O funcionamento deste protocolo é o seguinte:

Pegamos o exemplo de uma rede em que um switch está conectado a quatro dispositivos host conhecidos como PC1, PC2, PC3 e PC4. Agora, o PC1 deseja enviar um pacote de dados ao PC2 pela primeira vez.

Embora o PC1 saiba o endereço IP do PC2 quando eles estão se comunicando pela primeira vez, ele não conhece o endereço MAC (hardware) do host de recebimento. Assim, o PC1 usa um ARP para descobrir o endereço MAC do PC2.

O switch envia a solicitação ARP para todas as portas, exceto a porta à qual o PC1 está conectado. O PC2 ao receber a solicitação ARP, responderá com uma mensagem de resposta ARP com seu endereço MAC. O PC2 também coleta o endereço MAC do PC1.

Portanto, pelo fluxo de mensagens acima e para frente, o switch aprende quais endereços MAC são atribuídos a quais portas. Da mesma forma, conforme o PC2 envia seu endereço MAC na mensagem de resposta ARP, o switch agora coleta o endereço MAC do PC2 e o armazena em sua tabela de endereços MAC.

Ele também armazena o endereço MAC de PC1 na tabela de endereços conforme foi enviado pelo PC1 para alternar com a mensagem de solicitação ARP. A partir de agora, sempre que o PC1 quiser enviar algum dado para o PC2, o switch irá simplesmente procurar em sua tabela e encaminhá-lo para a porta de destino do PC2.

Assim, o Switch continuará mantendo o endereço de hardware de cada host conectado.

Switches da camada 2 conectando o host

Domínio de colisão e transmissão

A colisão pode ocorrer na comutação da camada 2, onde dois ou mais hosts estão tentando se comunicar no mesmo intervalo de tempo no mesmo link de rede.

A eficiência da rede diminuirá aqui, pois o quadro de dados colidirá e será necessário reenviá-los. Mas cada porta em um switch geralmente está em um domínio de colisão diferente. O domínio usado para encaminhar todos os tipos de mensagens de difusão é conhecido como domínio de difusão.

Todos os dispositivos da camada 2, incluindo Switches, aparecem no domínio de transmissão idêntico.

VLAN

Para superar o problema de colisão e domínio de broadcast, a técnica VLAN é introduzida no sistema de rede de computadores.

A rede local virtual comumente conhecida como VLAN é um conjunto lógico de dispositivos finais que se encontram no grupo idêntico do domínio de broadcast. A configuração da VLAN é feita no nível do switch usando diferentes interfaces. Switches diferentes podem ter configurações de VLAN diferentes ou iguais e configuradas de acordo com a necessidade de uma rede.

Os hosts conectados a dois ou mais switches diferentes podem ser conectados na mesma VLAN, mesmo se não estiverem conectados fisicamente, pois a VLAN se comporta como rede LAN virtual. Portanto, os hosts, que estão conectados a diferentes switches, podem compartilhar o mesmo domínio de broadcast.

Para uma melhor compreensão do uso de VLAN, vamos dar o exemplo de uma rede de amostra, onde uma está usando VLAN e a outra não está usando VLAN.

A topologia de rede abaixo não está usando a técnica VLAN:

topologia de rede que não usa a técnica VLAN.

Sem a VLAN, a mensagem de broadcast enviada do host 1 alcançará todos os componentes da rede.

Mas, usando VLAN e configurando VLAN em ambos os switches da rede, adicionando uma placa de interface nomeando fast Ethernet 0 e fast Ethernet 1, geralmente notada como Fa0 / 0, em duas redes VLAN diferentes, uma mensagem de transmissão do Host 1 será entregue apenas para Host 2.

Isso acontece durante a configuração e apenas o host 1 e o host 2 são definidos no mesmo conjunto de VLAN, enquanto os outros componentes são membros de alguma outra rede VLAN.

É importante observar aqui que os switches da camada 2 podem permitir que dispositivos hosts alcancem apenas o host da mesma VLAN. Para alcançar o dispositivo host de alguma outra rede, o switch ou roteador Layer-3 é necessário.

As redes VLAN são redes altamente seguras, pois, devido ao seu tipo de configuração, qualquer documento ou arquivo confidencial pode ser enviado por dois hosts predefinidos da mesma VLAN que não estão fisicamente conectados.

O tráfego de broadcast também é gerenciado por isso, pois a mensagem será transmitida e recebida apenas para o conjunto de VLANs definidas, e não para todos na rede.

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O diagrama de uma rede usando VLAN é mostrado abaixo:

Rede usando técnica VLAN

Portas de acesso e tronco

Vários tipos de configurações são feitas nas portas do switch. Para acessar uma única rede VLAN, atribuímos uma porta de acesso a essa VLAN.

As portas de acesso são usadas quando precisamos simplesmente configurar apenas dispositivos host finais para uma rede VLAN específica.

Para acessar mais de um switch e diferentes VLANs, a interface foi atribuída à porta de tronco do switch. A porta do caminhão é inteligente o suficiente para suportar o tráfego de várias VLANs.

Configurando VLAN

  • Para configurar a VLAN no switch, primeiro habilite o modo IOS no switch.
  • O comando para criar VLAN está no modo de configuração VLAN NUMBER, ou seja, Switch (config) # VLAN 10.
  • Usando um comando de interface, podemos alocar a porta Ethernet rápida em VLAN.
  • Agora, usando a linha de comando switchport access, podemos especificar que a interface é um modo de acesso.
  • O próximo comando alocará VLAN NUMBER para o modo de acesso à porta do switch.

O exemplo de uma série de comandos será o seguinte:

Switch(config) #vlan 10 Switch(config-vlan) #exit Switch(config) #int fa0/1 Switch(config-if) #switchport mode access Switch(config-if) #switchport access vlan 10

A partir da série de comandos acima, fica claro que a VLAN 10 é criada e a porta fa0 / 1 do switch é movida para a VLAN 10.

  • O comando switchport access mode pode ser atribuído a uma única VLAN apenas. Para configurar várias VLANs, o comando switchport trunk mode interface é usado, pois pode transportar o tráfego de várias VLANs.

Características dos switches da camada 2

Listados abaixo estão os vários recursos dos switches Layer-2.

  • O switch Layer-2 atua como uma ponte de rede que conecta vários dispositivos finais de um sistema de rede de computadores em uma única plataforma. Eles são capazes de transportar dados de forma muito rápida e competente da origem ao destino final nas redes LAN.
  • Os switches da Camada 2 executam a função de comutação para reorganizar os quadros de dados da origem para uma extremidade de destino, aprendendo o endereço MAC do nó de destino da tabela de endereços do Switch.
  • A tabela de endereços MAC fornece o endereço único de cada dispositivo da camada 2, com base no qual pode identificar os dispositivos finais e o nó no qual os dados devem ser entregues.
  • O switch Layer-2 divide uma rede LAN complicada e volumosa em pequenas redes VLAN.
  • Ao configurar várias VLANs em uma vasta rede LAN, a comutação se torna mais rápida, pois não está sendo conectada fisicamente.

Aplicações de switches da camada 2

A seguir, estão os vários aplicativos de switches da camada 2.

  • Por meio dos switches da Camada 2, podemos enviar quadros de dados da origem para o destino que está situado na mesma VLAN facilmente, sem estar fisicamente conectado ou no mesmo local.
  • Assim, os servidores de uma empresa de software podem ser colocados centralmente em um local e os clientes dispersos em outros locais podem acessar os dados facilmente sem latência e, assim, economizar tempo e custo do servidor.
  • As organizações podem fazer comunicações internas configurando os hosts na mesma VLAN usando esses tipos de switches sem a necessidade de qualquer conexão com a Internet.
  • Os testadores de software também usam esses switches para compartilhar sua ferramenta, mantendo-a centralizada em um local do servidor e o outro servidor pode acessá-los por estar distante e não fisicamente conectado, configurando todos na mesma VLAN do sistema de rede.

Switches da camada 3

O switch da camada 2 falha quando precisamos transferir os dados entre diferentes LAN ou VLANs.

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É aqui que os switches da Camada 3 entram em cena, pois a técnica que eles usam para rotear os pacotes de dados ao destino está usando endereços IP e sub-redes.

Os switches da camada 3 trabalham na 3ª camada do modelo de referência OSI e realizam o roteamento de pacotes de dados usando endereços IP. Eles têm velocidade de comutação mais rápida do que os switches da camada 2.

Eles são ainda mais rápidos do que os roteadores convencionais, pois realizam o roteamento de pacotes de dados sem usar saltos adicionais, levando a um melhor desempenho. Devido à funcionalidade dessa técnica de roteamento nos switches da Camada 3, eles são implementados para a construção de redes inter e intra.

Para entender as funções dos switches da Camada 3, primeiro precisamos entender o conceito de roteamento.

O dispositivo da camada 3 na extremidade de origem primeiro examina sua tabela de roteamento, que contém todas as informações relacionadas aos endereços IP de origem e destino e à máscara de sub-rede.

Posteriormente, com base nas informações que coleta da tabela de roteamento, ele entrega o pacote de dados ao destino e pode transmitir os dados posteriormente entre diferentes redes LAN, MAN e WAN. Ele segue o caminho mais curto e seguro para entregar dados entre os dispositivos finais. Este é o conceito geral de roteamento.

Várias redes podem ser interligadas por links STM que possuem larguras de banda muito altas e links DS3 também. O tipo de conectividade depende dos vários parâmetros da rede.

Características dos switches da camada 3

Os vários recursos dos switches da Camada 3 são fornecidos abaixo:

  • Ele executa o roteamento estático para transferir dados entre diferentes VLANs. Enquanto o dispositivo da camada 2 pode transferir dados apenas entre as redes da mesma VLAN.
  • Ele também executa o roteamento dinâmico da mesma maneira que um roteador. Essa técnica de roteamento dinâmico permite que o switch execute o roteamento ideal de pacotes.
  • Ele fornece um conjunto de caminhos múltiplos de acordo com o cenário em tempo real da rede para entregar os pacotes de dados. Aqui, o switch pode selecionar o caminho mais viável para rotear o pacote de dados. As técnicas de roteamento mais populares incluem RIP e OSPF.
  • Os switches têm a capacidade de reconhecer as informações relacionadas ao endereço IP que se dirigem ao switch sobre o tráfego.
  • Os switches têm a capacidade de implantar classificações de QoS dependendo da sub-rede ou marcação de tráfego de VLAN em vez de configurar a porta do switch manualmente, como no caso dos switches da camada 2.
  • Eles exigem mais energia para operar e oferecer links com larguras de banda maiores entre os switches, que têm quase mais de 10 Gbits.
  • Eles fornecem caminhos altamente seguros para troca de dados. Desse modo, eles são implementados nos casos em que a segurança dos dados é uma preocupação principal.
  • Os recursos associados a switches, como autenticação 802.1x, detecção de loopback e inspeção ARP, tornam-no eficiente para uso em instâncias onde a transmissão segura de dados é essencial.

Aplicações de switches da camada 3

Listados abaixo estão os aplicativos de switches da camada 3:

  • É amplamente utilizado em centros de dados e vastos campus, como universidades, onde existe uma configuração muito grande de redes de computadores. Devido às suas características como roteamento estático e dinâmico e sua velocidade de comutação mais rápida do que um roteador, ele é usado na conectividade LAN para interconexão de várias redes VLAN e LAN.
  • O switch da camada 3 em combinação com vários switches da camada 2 oferece suporte para que mais usuários se conectem à rede sem a necessidade de implementação de um switch da camada 3 extra e mais largura de banda. Assim, é amplamente implementado em universidades e indústrias de pequena escala. No caso de o número de usuários finais em uma plataforma de rede aumentar, então sem qualquer melhoria da rede, ela pode ser acomodada no mesmo cenário de execução facilmente.
  • Assim, o switch da camada 3 pode lidar facilmente com recursos de alta largura de banda e aplicativos de usuário final, pois oferece largura de banda de 10 Gbits.
  • Eles têm as habilidades para aliviar os roteadores sobrecarregados. Isso pode ser feito configurando um switch de camada 3, cada um com um roteador principal em um cenário de rede de área ampla para que o switch possa gerenciar todo o roteamento VLAN de nível local.
  • Seguindo o tipo de cenário acima, a eficiência de funcionamento do roteador irá melhorar e pode ser usado exclusivamente para conectividade de longa distância (WAN) e transmissão de dados.
  • Um switch de camada 3 é inteligente o suficiente para manipular e gerenciar o roteamento e o controle de tráfego de servidores e dispositivos finais conectados localmente, utilizando sua alta largura de banda. Assim, as empresas geralmente usam um switch L-3 para conectar seus servidores de monitoramento e nós host em quaisquer centros NOC de um subsistema que faz parte de um grande sistema de rede de computadores.

Roteamento Inter-VLAN no switch L-3

O diagrama abaixo mostra a operação do roteamento entre VLANs com o switch da camada 3 em combinação com o switch L-2.

Vamos examinar isso com a ajuda de um exemplo:

Em uma universidade, os PCs das faculdades, funcionários e alunos são conectados por meio de switches L-2 e L-3 em um conjunto diferente de VLANs.

Roteamento Inter-VLAN no switch L-3

O PC 1 de uma VLAN do corpo docente em uma universidade deseja se comunicar com o PC 2 de alguma outra VLAN de um membro da equipe. Como os dois dispositivos finais são de VLANs diferentes, precisamos do switch L-3 para rotear os dados do host 1 para o host 2.

Em primeiro lugar, com a ajuda da parte de hardware da tabela de endereços MAC, o switch L-2 localizará o host de destino. Em seguida, ele aprenderá o endereço de destino do host de recebimento da tabela MAC. Depois disso, o switch da camada 3 executará a parte de comutação e roteamento com base no endereço IP e na máscara de sub-rede.

Ele descobrirá que o PC1 deseja se comunicar com o PC de destino de qual das redes VLAN presentes nele. Uma vez que reúne todas as informações necessárias, ele estabelecerá o link entre eles e encaminhará os dados para o receptor da extremidade do remetente.

Conclusão

Neste tutorial, exploramos os recursos básicos e as aplicações dos switches das camadas 2 e 3 com a ajuda de exemplos ao vivo e representação pictórica.

Aprendemos que ambos os tipos de switch têm alguns méritos e deméritos e, de acordo com o tipo das topologias de rede, implantamos o tipo de switch na rede.

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