O que é um Switch e Como Funciona nas Redes?

Um switch é um dispositivo essencial em redes de computadores, responsável por interligar diversos dispositivos dentro de uma mesma rede local (LAN). Ele opera na camada 2 do modelo OSI (camada de enlace de dados), permitindo que a comunicação entre dispositivos seja realizada de maneira eficiente e sem congestionamento. De forma simples, o switch é utilizado para conectar computadores, impressoras, servidores e outros dispositivos em uma rede, possibilitando a troca de dados entre eles. Neste artigo, vamos explorar em detalhes o funcionamento de um switch, suas características e como ele se diferencia de outros dispositivos, como hubs e roteadores.

1. Definição e Função Principal do Switch

Um switch é um dispositivo de rede que tem como principal função receber pacotes de dados de um dispositivo e encaminhá-los para o destino correto, dentro da mesma rede. Ao contrário de um hub, que envia os dados para todas as portas de uma vez, o switch realiza um processo de comutação inteligente, enviando os dados apenas para o dispositivo de destino, o que resulta em maior eficiência na transmissão e evita colisões de dados.

O switch opera na camada 2 do modelo OSI, ou seja, ele trabalha com endereços MAC (Media Access Control). Cada dispositivo em uma rede local possui um endereço MAC único, que é utilizado pelo switch para identificar o destino dos pacotes de dados. Quando um pacote chega ao switch, ele examina o endereço MAC de destino e encaminha o pacote para a porta correspondente, enviando os dados apenas para o dispositivo correto. Essa comutação eficiente reduz o tráfego desnecessário na rede e melhora a performance geral da comunicação.

2. Como Funciona o Switch?

O funcionamento de um switch é baseado em uma tabela interna chamada tabela de endereços MAC. Esta tabela armazena os endereços MAC de todos os dispositivos conectados às portas do switch. Quando um dispositivo envia um pacote de dados, o switch verifica o endereço MAC de destino no cabeçalho do pacote e, utilizando a tabela, determina qual porta deve ser utilizada para encaminhar o pacote até o dispositivo de destino.

Se o switch já tiver o endereço MAC do dispositivo de destino registrado em sua tabela, ele encaminha o pacote diretamente para a porta associada a esse endereço. Caso o endereço MAC não esteja na tabela, o switch envia o pacote para todas as portas, exceto para a porta de onde ele recebeu o pacote. Esse processo é conhecido como flooding. Uma vez que o dispositivo de destino responde ao pacote, o switch atualiza sua tabela de endereços MAC, registrando a porta pela qual o dispositivo está conectado, para otimizar os próximos encaminhamentos.

A tabela de endereços MAC no switch é dinâmica, ou seja, ela é constantemente atualizada à medida que novos dispositivos são conectados ou removidos da rede. O switch também pode ser configurado para adicionar entradas estáticas, caso seja necessário.

3. Tipos de Switches

Existem diferentes tipos de switches, cada um projetado para atender a necessidades específicas de redes, variando em termos de funcionalidades, capacidade de tráfego e escalabilidade. Os principais tipos de switches são:

• Switches não gerenciados: São os switches mais simples e baratos, sem a necessidade de configuração. Eles são plug-and-play, ou seja, basta conectar os dispositivos e a rede começa a funcionar. Esses switches são ideais para redes pequenas, como em casas ou pequenas empresas, onde a configuração e o controle de tráfego não são essenciais.

• Switches gerenciados: São switches mais sofisticados que permitem configurações avançadas, como segmentação de rede, VLANs (Virtual LANs), controle de tráfego e qualidade de serviço (QoS). Eles são frequentemente usados em redes empresariais de médio a grande porte, onde há a necessidade de maior controle sobre o tráfego e a segurança da rede.

• Switches empilháveis: Permitem que vários switches sejam conectados fisicamente para atuar como uma unidade única, oferecendo maior capacidade de tráfego e escalabilidade. Esses switches são ideais para grandes redes que exigem alta disponibilidade e flexibilidade.

• Switches de camada 3: São chamados de switches de roteamento porque, além de realizar a comutação de pacotes com base no endereço MAC, eles também podem operar na camada 3 (camada de rede) e realizar roteamento de pacotes IP. Esses switches são usados em ambientes de rede mais complexos, onde é necessário realizar funções de roteamento entre diferentes sub-redes.

4. Diferença entre Switch, Hub e Roteador

Embora o switch tenha a função de conectar dispositivos em uma rede local, ele é frequentemente comparado a outros dispositivos de rede, como o hub e o roteador. Para entender melhor as vantagens de um switch, é importante conhecer as diferenças fundamentais entre esses dispositivos:

• Hub: Um hub é um dispositivo simples que também conecta dispositivos em uma rede local. No entanto, ele é menos eficiente que o switch porque envia os dados para todas as portas, independentemente de qual dispositivo seja o destino. Isso resulta em congestionamento e colisões de dados, tornando a rede mais lenta e menos eficiente. Já o switch, ao enviar os dados apenas para o dispositivo de destino, melhora a performance da rede e reduz o tráfego desnecessário.

• Roteador: O roteador é um dispositivo que conecta diferentes redes, como uma rede local (LAN) à internet (WAN). Ele opera na camada 3 do modelo OSI e realiza o roteamento de pacotes com base nos endereços IP, enquanto o switch opera na camada 2, utilizando endereços MAC para encaminhar os pacotes dentro de uma rede local. O roteador também desempenha funções adicionais, como firewall, NAT e segurança de rede, que não são funções do switch.

Em resumo, o hub é um dispositivo mais simples e ineficiente, o switch é mais inteligente e eficiente na distribuição de dados em uma rede local, enquanto o roteador conecta redes diferentes e realiza o roteamento de pacotes entre elas.

5. Vantagens de Utilizar um Switch em uma Rede

O uso de um switch em uma rede de computadores oferece diversas vantagens em relação a outros dispositivos de interconexão. As principais vantagens incluem:

• Maior Eficiência: O switch reduz o tráfego desnecessário, encaminhando os dados apenas para os dispositivos de destino, o que melhora a performance da rede.

• Redução de Colisões: Ao contrário dos hubs, que podem causar colisões de dados, o switch cria uma comunicação ponto a ponto entre os dispositivos, minimizando as colisões e aumentando a largura de banda disponível para cada dispositivo.

• Escalabilidade: Os switches podem ser facilmente expandidos, permitindo que mais dispositivos sejam conectados à rede sem comprometer a performance. Além disso, os switches gerenciados oferecem recursos avançados para segmentação da rede e controle do tráfego.

• Segurança: O switch também oferece uma maior segurança em comparação com os hubs, uma vez que os dados são enviados apenas para os dispositivos de destino. Isso dificulta a interceptação de dados, garantindo maior privacidade e integridade da comunicação.

6. Aplicações do Switch nas Redes

Os switches são usados em uma ampla variedade de aplicações em diferentes tipos de redes. Algumas das principais aplicações incluem:

• Redes Domésticas: Em ambientes residenciais, os switches são usados para conectar dispositivos como computadores, impressoras, consoles de videogame e dispositivos de streaming. Em muitos casos, o roteador já possui funcionalidades de switch embutidas, mas um switch dedicado pode ser utilizado para expandir o número de dispositivos conectados.

• Redes Empresariais: Em empresas de médio a grande porte, os switches gerenciados são utilizados para conectar diversos dispositivos em departamentos diferentes e para segmentar a rede em VLANs, garantindo segurança, controle e melhor performance.

• Data Centers: Em grandes data centers, os switches empilháveis e de camada 3 são usados para fornecer alta disponibilidade, capacidade de tráfego e redundância, além de realizar o roteamento de pacotes entre diferentes sub-redes e servidores.

Visão do Especialista

O switch é um dos componentes mais importantes em qualquer rede local, proporcionando eficiência, escalabilidade e segurança. Sua capacidade de comutar pacotes com base em endereços MAC e seu controle inteligente sobre o tráfego de dados tornam-no um dispositivo essencial para garantir o bom desempenho de redes em ambientes domésticos, empresariais e de grandes centros de dados. A escolha do tipo de switch a ser utilizado depende das necessidades da rede, considerando fatores como a quantidade de dispositivos, a necessidade de gerenciamento e a performance desejada.

Fontes:

• Tanenbaum, Andrew S., and David J. Wetherall. Computer Networks. 5th ed., Pearson, 2010.
• Kurose, James F., and Keith W. Ross. Computer Networking: A Top-Down Approach. Pearson, 2017.
• Forouzan, Behrouz A. Data Communications and Networking. 5th ed., McGraw-Hill, 2013.
• Stallings, William. Network Security Essentials: Applications and Standards. 6th ed., Pearson, 2017.
• Comer, Douglas E. Internetworking with TCP/IP Volume One: Principles, Protocols, and Architecture. 6th ed., Pearson, 2013.