Switch Layer 2 e Switch Layer 3

No momento em que começamos a trabalhar na montagem de redes de computadores, nós nos deparamos com a situação de ter que arquitetar a solução e o layout da rede como um todo.

Isso quer dizer que muito antes de tirar os equipamentos de rede da caixa e instalá-los dentro de um rack, nós devemos primeiramente desenhar e construir a rede.  Pensar antes de agir é o item primordial para o sucesso de uma implementação de rede.

Sendo assim, logo no início do projeto de rede nós também vamos nos deparar na necessidade de ter que escolher o modelos dos switchs que vamos utilizar. Isso inclui optar entre um switch layer 2 ou layer 3.

Não vou entrar no mérito de switchs não gerenciáveis nesse momento. Parto do princípio que todos os switchs devem deveriam ter uma interface de gerenciamento.

Independentemente  do tipo de rede que estamos construindo, seja ela 2 ou 3 camadas, o que devemos ter em mente é que o termo layer, esta diretamente ligado ao modelo OSI de rede.

Já o termo camada é aplicado normalmente no quesito da rede ter 2 camadas (switch core e switchs de acesso) ou 3 camadas (switch core, switchs de distribuição e switchs de acesso).

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Tenho uma artigo aonde falo sobre o tipos de switch, clique aqui para conferir.

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Voltando agora para o modelo OSI. Devemos lembrar que os termos layer 2 e layer 3 estão estreitamente ligados as camadas 2 e 3 do modelo OSI como podemos ver abaixo:

Caso você esteja acostumado com o modelo TCP/IP podemos correlacionar os switchs layer 2 e layer 3 com a camada 1 e 2 deste modelo. Mas para fins didáticos vamos manter como padrão o modelo OSI.

Devemos lembrar também que o hub atua na camada 1, ou seja, na camada física de rede. Sendo assim eu também vou desconsiderar qualquer associação ou comparação entre switch e hub.

Switch Layer 2

Como já dito anteriormente o switch layer 2 trabalha unica e exclusivamente na camada 2 do modelo OSI, ou seja, na camada de enlace. Logo, nós podemos notar que esse tipo de switch trabalha apenas utilizando os endereços MAC, já que a camada 2 do modelo OSI esta diretamente ligada ao endereço físico da interfaces de rede dos equipamentos em geral. Dessa forma, podemos então dizer que o switch layer 2 não “conhece” endereços IP. Ele não tem consentimento algum sobre o escopo de IP que esta sendo utilizado na rede, muito menos quais são os IP que estão ou não ativos na rede num geral.

A única coisa que ele tem conhecimento no que tange endereço IP é a sua própria interface de rede, já que para pode acessar esse switch, seja por um dashboard HTTP ou SSH nós precisamos saber qual é o endereço IP que o switch possui. Sendo assim, como uma boa prática é sempre recomendável que o switch tenha um endereço de IP fixo, para que quando nós precisarmos acessar ele, nós não tenhamos o trabalho de ter que descobrir o endereço de IP para dai sim conseguir acessar o equipamento em si.

Tendo entendido tudo isso em mente, podemos dizer que a única coisa que switch layer 2 faz é armazenar quais são os endereços MAC que estão conectados em cada uma das portas do switch, seja ele de 8, 16, 24 ou até 48 potas. E ele faz isso de uma maneira muito simples, mais ou menos como essa tabela abaixo:

Todo o switch no momento em que ele é ligado e inicializado a  sua tabela MAC esta zerada, ou seja, sem nenhuma informação se quer. Agora, no momento em que os equipamentos da rede começam a se comunicar entre si, o switch inicia um processo que chamamos de aprendizagem. A medida que os ativos de rede trocam pacotes o switch começa a armazenar quais são os endereços MAC desses equipamentos e em quais portas eles estão conectados. Logo, podemos notar que a tabela MAC nada mais é um tipo de cache, já que no momento em um determinado equipamento trafega algum pacote para outro equipamento, se as informações de MAC de origem e MAC destino já estiverem na tabela MAC do switch, isso significa que nem mesmo o próprio switch vai ter o trabalho de descobrir aonde esta aquele determinado endereço MAC, seja ele de origem ou destino, já que isso tudo já esta armazenado e salvo em sua própria tabela interna.

Entretanto isso não quer dizer que se um equipamento for trocado de porta, o switch vai se perder ou fazer algum tipo de confusão, já que essa reconexão de porta de um determinado equipamento o próprio switch processa, reaprende e reescreve a sua tabela MAC.

Dessa forma entendemos até então que um switch layer 2 tem suas decisões de encaminhamento todas elas baseadas na camada 2 que são justamente aonde os endereços MAC operam. Logo podemos notar também que como um switch sabe quais são os MAC que estão conectados em cada uma das portas do switch, também podemos chegar a conclusão que em uma rede inteiramente feita de switchs (não tendo nenhum hub conectado nela) não ocorre colisões de endereços. Já que todos os switchs da rede, sabem pra onde devem encaminhar cada um dos pacotes que trafegam na rede como um todo.

Switch Layer 3

O switch layer 3 trabalha na camada 3 do modelo OSI, que é a camada de rede. É na camada de rede aonde fica o protocolo TCP/IP tanto na versão 4 como na versão 6. Isso quer dizer que esse tipo de switch consegue trabalhar com endereços lógicos, ou seja, os endereços IPs da rede.

Devemos lembrar também que um switchs layer 3 continua trabalhando normalmente com os endereços físicos, os endereços MAC. Sendo assim, podemos notar que um equipamento desse tipo opera não só como switch, mas também como roteador. Em função disso alguns costumam chamar esse tipo de switch de multi layer ou multi camada.

Como esse tipo de switch trabalha nas duas camadas, ele continua tendo a sua tabela MAC. Entretanto, além disso ele também possui uma tabela de roteamento. Afinal de contas já que podemos fazer com que switch roteie rede distintas através dele, ele necessita de uma tabela de roteamento para realizar essa função.

Esses redes podem ser redes externa vindas de um outro equipamento ou redes internas, feitas através de VLAN por ele mesmo. No caso de redes VLAN, temos o que chamamos de roteamento intra-VLAN. Esse tipo de roteamento costuma ser ainda mais fácil de se implementar já que como o switch é quem criou as VLAN, ele mesmo já conhece essa redes.

Em muitos dos casos de redes de pequeno, médio e até grande porte um switch layer 3 já é o suficiente para se fazer o roteamento, dispensando assim o uso de um roteador de fato.

É válido salientar ainda que além de roteamento um switch layer 3 normalmente conta com alguns outros recursos adicionais. Facilmente encontramos funções de DCHP, ACL, LLDP dentre várias outros recursos.

A grande maioria dos switchs trabalham com roteamento estático. Alguns switchs também trabalhando com roteamento dinâmico.

Quando usar cada um dos tipos?

Afinal de contas, quando que eu uso cada um dos switchs? Quando que é recomendável utilizar um switch layer 2 e quando é necessário um optar por switch layer 3?

Não existe uma receita de bolo a ser seguida para se montar uma rede de computadores, logo esse tipo de arquitetura nunca não necessariamente deve ser feita sempre da mesma forma.  O que nós temos são boas práticas a ser seguidas.

Para resumir podemos dizer que os switchs layer 2 são muito utilizados como switchs de acesso. Como os switchs de acesso tendem a ser os de maior quantidade em uma rede, devemos buscar uma solução mais barata para não onerar o custo de um projeto de implementação de rede como tum todo. É recomendável utilizar os switchs layer 2 nesses casos.

Já os switchs layer 3 são mais facilmente utilizados nos casos de distribuição e core.

Destaco por últimos que os switchs de distribuição são apenas utilizados em arquiteturas de 3 camadas.