Multicast Storm: Switches Ethernet...

O primeiro switch ethernet foi lançado no mercado pela empresa Kalpana (que foi adquirida pela Cisco em 1994) no ano de 1989, ao custo de U$ 10.500 com 7 portas. Desde a sua introdução, os switches ethernet revolucionaram a forma como as redes locais são utilizadas.
Os switches ethernet são comutadores que permitem o compartilhamento de sinal em uma rede padrão Ethernet (IEEE 802.3 e suas variações). Este compartilhamento se dá de forma segmentada, ou seja, cada porta do switch disponibiliza a largura de banda de forma integral não havendo disputa entre hosts. Este fato tem o nome de "domínio de colisão" que significa inexistência de colisões na porta do switch. As colisões ocorrem em um meio compartilhado usando um hub ou barramento com cabos coaxiais. Também existem colisões no compartilhamento de canais em bases de rede sem fios. Nestes casos com colisões é necessário que exista algum método de controle de acesso ao meio físico. No caso de redes padrão Ethernet, é utilizado o algoritmo CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection).
Portanto, a grande vantagem dos switches ethernet para os hubs ethernet é a inexistência de colisões na portas. Desta forma, o desempenho de uma rede com switches é muito maior do que usando hubs. Atualmente, é muito difícil encontrar hubs no mercado. Devido ao custo reduzido dos switches e seu melhor desempenho, as redes ethernet DEVEM usar apenas switches.
Os switches podem ser divididos em duas categorias básicas: gerenciáveis e não-gerenciáveis. Os gerenciáveis possibilitam o gerenciamento por meio de software de forma remota e são mais caros que os não-gerenciávies. Os não-gerenciáveis são mais baratos, mas não possibilitam o gerenciamento tornando a administração da rede bem mais complexa. Em um switch gerenciável é possível visualizar o quanto de tráfego de rede está sendo gerado em cada porta, garantir a segurança por meio de autenticação com RADIUS (Remote Authentication Dial In User Service), limitar a largura de banda em cada porta entre outras funcionalidades. O uso de switches não-gerenciáveis em redes que possuam mais de 10 computadores torna a vida do administrador bem mais difícil.
Existem switches de vários preços e funcionalidades. Entretanto, todos tem, a mesma função básica que é permitir o compartilhamento entre os hosts em uma rede Ethernet. Então, para uma rede com 5 computadores que utilizam uma impressora compartilhada e acesso à Internet qualquer switch vai funcionar sem problemas. Já em uma rede com 400 hosts espalhados em vários prédios, a história será bem diferente. A empresa Cisco possui uma abordagem de projeto hierárquico de rede que ajuda a definir as características dos equipamentos. Na figura abaixo, o diagrama da abordagem da Cisco.

Abaixo, uma breve descrição de cada camada da hierarquia:

* Core (Núcleo) - esta camada é considerada o backbone (espinha dorsal) da rede e possui os switches de maior desempenho. Nesta camada não é feito o roteamento ou qualquer tipo de filtragem nos pacotes. A função principal é repassar os pacotes de forma confiável e o mais rapidamente possível.

* Distribution (Distribuição) - nesta camada estão os roteadores e os switches/roteadores chamadados de switches layer 3 (camada de rede do modelo de referência OSI). Estes dispositivos devem garantir que os pacotes sejam roteados entre as subredes e as VLANs (Virtual Local Area Network) existentes na rede. Esta camada também é chamada de workgroup (grupo de trabalho).

* Access (Acesso) - nesta camada estão os hubs e switches que fornecem o acesso dos hosts dos usuários a rede. Também é chamada de camada desktop porque o objetivo é conectar os hosts dos usuários a redeT. A função deste camada é entregar os pacotes aos computadores dos usuários.

Esta diferenciação de funções em cada camada afeta diretamente a escolha do switch. Este é um dos motivos porque existem switches com o mesmo número de portas, mas um custa R$ 200,00 e outro custa R$ 20.000,00.
No diagrama abaixo, um exemplo de como a empresa Enterasys classifica os seus equipamentos de acordo com as camadas de hierarquia.

Algumas características importantes em um switch são:
- Número de portas, normalmente 8, 16, 24 e 48 portas.
- Largura de 19'' para colocar em rack
- Velocidade - os switches mais comuns funcionam em 10/100 Mbit/s. Entretanto, existem switches que funcionam em 10/100/1000 em todas as portas ou apenas em algumas portas. Por exemplo, 24 portas em 10/100 e duas em 1000. Neste caso, as portas de 1000 seriam utilizadas para cascateamento.
- Autonegociação - detecta automaticamente a velocidade e o tipo de comunicação. Por exemplo, 10Mbit/s, Hakf-Duplex ou Full-Duplex, 100Mbit/s Half-Duplex ou Full-Duplex ou Gigabit;
- Auto MDI/MDIX (Media Dependent Interface) detecta automaticamente se o cabo é direto ou crossover facilitando a conexão para cascateamento entre switches;
- Gerenciável ou não gerenciável - se gerenciável, o switch permite a utilização de ferramentas de gerenciamento e configuração, tais como a utilização de VLANs, segurança nas portas, QoS, espelhametno de portas, trunking e STP (Spanning Tree Protocol). O não-gerenciável não possibilita nada de administração.
- Empilhável (Stackable) - permite que sejam "empilhados" switches tornado a ligação transparente resultando em um desempenho melhor. Ao cascatear dois switches usando portas normais, a largura de banda na ligação entre eles será o da porta. No caso de empilhamento, a ligação se dá por um cabo especial, normalmente proprietário. Isto faz com que os switches se comportem como se fossem um único dispositivo. Desta forma, o efeito é como se conectasse o backplane dos switches diretamente. A velocidade de comutação é muitas vezes maior do que a ligação por portas normais.
- PoE (Power over Ethernet) - esta funcionalidade permite que dispositivos sejam alimentados por corrente elétrica por meio das portas dos switches e dos cabos par trançado. O objetivo é alimentar telefone IP ou base de acesso a redes sem fios que estejam em lugares de difícil acesso, tais como no alto de torres.
- Slots GBIC (Gigabit Interface Converter) - são portas de expansão, utilizadas principalmente para a colocação de módulos para conexão de fibra ótica. Como o nome diz, são usadas conexões gigabit nestas portas.
- Capacidade de endereços MAC - define o número de dispositivos que podem ser diferenciados em um switch. Todo o quadro que chega a uma porta de um switch será confrontado com a tabela MAC. Se houver a ocorrência, o quadro é enviado a porta correspondente. Se não houver correspondência, é feita uma transmissão em broadcast. Portanto, se a tabela foi preenchida o broadcast vai rolar solto!
- QoS (Quality of Service) - os switches permitem a diferenciação de tráfego em suas portas. Isto é importante para priorizar determinado tipo de tráfego, tal como o de VoIP (Voice over IP), qie é extremamente sensível a perdas e atrasos na rede.

Alguns exemplos modelos de switches de 24 portas são mostrados a seguir.