Como Funciona um Switch

 

Antes de entendermos como um switch funciona de fato, primeiro nós devemos entender como ele opera dentro de uma rede. Para isso nós devemos lembrar substancialmente do modelo OSI.

Para quem não tem familiaridade ao OSI (que significa Open System Interconnection), ele nada mais é que um modelo de rede de computadores que foi criado em 1983 com objetivo de ser um padrão de mercado para os protocolos de comunicação  de uma rede Ethernet. Isso se fez necessário  já que na década de 80, cada um dos principais fabricantes do mercado criavam os seus próprios protocolos e com isso os seus próprios modelos de comunicação. Isso foi muito ruim para a época já que não havia uma garantia de interoperabilidade de comunicação entre os fabricantes.

Em função de tudo isso foi criado o modelo OSI com as suas sete camadas de comunicação:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Não vou destacar aqui cada uma das camadas do modelo, mas o que devemos saber é que um switch (layer 2) funciona na camada 2 e que o protocolo TCP/IP que o protocolo de comunicação utilizado  em redes de computadores funciona na camada 3.

Isso quer dizer  que um switch desse tipo não possui nenhum conhecimento e gerenciamento sobre endereços IPs? Exatamente!

Nesse artigo aqui estou bordando o funcionamento de um switch de camada 2 , que como o nome diz ele opera apenas na camada 2 do modelo OSI. Existem outros tipos de swtichs que operam na camada 3, mas essa vai ser a pauta para um futuro artigo.

Agora que entendemos aonde o swtich opera, devemos lembrar que a camada 2 funciona unica e exclusivamente através dos endereços físicos de rede. O endereço IP é um endereço lógico de rede. Esses endereços físicos são chamado de MAC address ou endereços MAC.

O MAC é um acrônimo para o termo Media Access Control (mídia de controle de acesso). O MAC é um endereço único de 12 dígitos que faz referência as interfaces que um equipamento de rede posssui. Isso quer dizer que para cada uma das interfaces de um swtich haverá um endereço MAC relacionado a aquela interface.

Isso também vale para outros tipos de dispositivos. Seu celular por exemplo, possui pelo menos 2 endereços MAC, 1 para a interface referente a internet móvel da operadora (3G, 4G, 5G e etc) e 1 endereço para a interface de rede Wi-Fi.

Como dito anteriormente o endereço MAC é único. Isso acontece não só dentro de uma rede local, mas também ao redor do mundo todo, já que cada um dos fabricantes de rede possui um range de endereços MAC que são predestinados a si próprio. Entendido isso podemos notar que os 6 primeiros dígitos de um endereço MAC fazem referência ao fabricante, já os outros 6 últimos dígitos fazem referência a interface de rede única desse fabricante.

Uma curiosidade é que em  função disso, é possível identificar o fabricante de uma interface ou equipamento apenas olhando para o MAC. Com o programa Advanced IP Scanner por exemplo, basta você fazer um escaneamento da sua rede que o próprio programa já consegue identificar o fabricante como podemos ver na imagem abaixo.

 

 

 

 

Apesar do endereço MAC ter sempre 12 digitos, nem sempre é adotado a mesma sintaxe dentre os fabricantes. Podemos ver o endereço MAC escrito de diversas formas:

• A4:50:46:66:5B:8B
• A4-50-46-66-5B-8B
• A450.4666.5B8B
• A45046665B8B

Cabe a nós identificarmos a grafia de um endereço MAC, já que além dos 12 dígitos ele sempre vai ser um número hexadecimal, ou seja, podem haver números de 0 a 9 ou letras de A a F na sua composição.

Isso varia de fabricante para fabricante porém todos eles fazem referência aos menos 12 dígitos, logo podemos notar que isso não faz diferença alguma.

O fato mais importante é que todo o switch possui uma tabela de endereços MAC de todos os equipamentos da rede.  Muitos recursos avançados podem ser agregados a um switch, porém o que devemos ter em mente é que essa é a característica primária é, a na minha opinião, a mais importante delas.

Nessa tabela de endereços consiste todo os equipamentos que o switch “conhece” na rede local aonde o switch se encontra. Isso quer dizer que no momento em que o switch liga e inicializa o sistema que esta embarcado dentro dele, essa tabela esta vazia e sem endereço algum.

Depois disso, na medida em que os equipamentos são conectados e principalmente comunicados por qualquer tipo de troca de informação com o switch, essa tabela vai sendo alimentada com os endereços MAC dos demais dispositivos da rede. Esse procedimento também é chamado como descoberta ou aprendizagem de MAC. Depois de alguns minutos com o switch ligado, nós termos uma tabela muito parecida com essa abaixo.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Como vocês podem ver, em nenhum momento nós temos o endereço IP de cada MAC. A única coisa que o switch faz é tabelar em qual porta cada um dos endereços MACs estão conectados.

E o switch faz isso através da seguinte rotina de trabalho.

 

Esse fluxograma basicamente explica o conceito do protocolo ARP, que significa Address Resolution Protocol. Para fins didáticos eu resolvi não abordar esse procedimento com conceitos técnicos sobre o protocolo em si, mas sim com um gráfico simples e e fácil de se entender. Futuramente posso escrever um outro artigo especificamente sobre o protocolo ARP. Deixa aqui nos comentários caso isso seja válido para você.

Agora que entedemos o funcionamento de como o switch aprende os endereços MAC no decorrer do seu funcionamento, devemos aprender como ele desaprende esse endereços. Sim essa tabela MAC não é infinita tão pouco o switch armazena um endereço MAC para sempre.

O desligamente do switch por exemplo, faz com que essa tabela seja zerada. Além disso, caso um determinado equipamento não faça mais nenhuma comunicação na rede, o switch tampém faz a limpeza dessa entrada dentro da tabela, normalmente ele realiza esse procedimento após 5 minutos sem comunicação.

Outro ponto interessante a se destacar é que um Switch possui um limite máximo de entadas na sua tabela de MAC. Esse limite normalmente varia entre 8.000 e 16.000 endereços MAC.

Ok, mas hoje em dia normalmente o switch chegam no máximo de 48 portas, porque o limite dessa tabela tem número tão elevado assim?

Isso ocorre por que o cascateamento de switchs é um técnica muito comum utilizada hoje em dia. Ela consiste em interligar um ou mais switchs um no outro conforme vemos abaixo.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Digamos que todos os switchs desse exemplo são de 24 portas e digamos também que o SWITCH B esta conectado na porta 1 do SWITCH A. Isso quer dizer que na porta 1 desse SWITCH A, nós teremos todas as outras 24 portas do switch B sendo listadas como conectadas na porta 1 do SWITCH A. Isso de forma alguma é considerado um problema, muito pelo contrário, essa arquitetura é muito comum nas redes de médio e grande porte  hoje em dia.