Há dois tipos de configurações bidirecionais usados na comunicação em uma rede Ethernet:

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1 Comunicação em uma rede Ethernet A comunicação em uma rede local comutada ocorre de três formas: unicast, broadcast e multicast: -Unicast: Comunicação na qual um quadro é enviado de um host e endereçado a um destino específico. Na transmissão unicast, há apenas um remetente e um receptor. A transmissão unicast é a forma predominante de transmissão em redes locais e na Internet. -Broadcast: Comunicação na qual um quadro é enviado de um endereço para todos os outros endereços. Nesse caso, há apenas um remetente, mas as informações são enviadas para todos os receptores conectados. A transmissão de broadcast é essencial durante o envio da mesma mensagem para todos os dispositivos na rede local. -Multicast: Comunicação na qual um quadro é enviado para um grupo específico de dispositivos ou clientes. Os clientes da transmissão multicast devem ser membros de um grupo multicast lógico para receber as informações. Configurações bidirecionais Há dois tipos de configurações bidirecionais usados na comunicação em uma rede Ethernet: -Half duplex: A comunicação em half duplex depende do fluxo de dados unidirecional quando o envio e o recebimento de dados não são executados ao mesmo tempo. Isso é semelhante à forma de funcionamento de walkie-talkies ou rádios bidirecionais à medida que apenas uma pessoa pode falar por vez. Se alguém fala com outra pessoa já falando, ocorre uma colisão. Dessa forma, a comunicação em half duplex implementa CSMA/CD para ajudar a reduzir o potencial de colisões e as detectar quando elas acontecerem. A comunicação em half duplex tem problemas de desempenho devido à espera constante, porque os dados só podem fluir em uma direção por vez. -Full duplex: Na comunicação em full duplex, como o fluxo de dados é bidirecional, os dados podem ser enviados e recebidos ao mesmo tempo. O suporte bidirecional aprimora o desempenho, reduzindo o tempo de espera entre as transmissões. Grande parte das placas de rede Ethernet, Fast Ethernet e Gigabit Ethernet vendidas atualmente oferece recursos em full duplex. No modo full duplex, o circuito de detecção de colisões é desabilitado. Os quadros enviados pelos dois nós finais conectados não podem colidir porque os nós finais usam dois circuitos separados no cabo de rede. Configurações de porta de switch Uma porta em um switch precisa ser configurada com configurações bidirecionais correspondentes ao tipo de meio. Normalmente existem três configurações possíveis: -Auto: Define a negociação automática do modo bidirecional. Com a negociação automática habilitada, as duas portas se comunicam para decidir o melhor modo de funcionamento.

2 -Full: Define o modo full duplex. -Half: Define o modo half duplex. Para as portas Fast Ethernet e 10/100/1000, o padrão é auto. As portas 10/100/1000 funcionam no modo half ou full duplex quando são definidas como 10 ou 100 Mb/s, mas quando definidas como Mb/s, elas funcionam apenas no modo full duplex. auto-mdix As conexões entre dispositivos específicos, como switch-a-switch ou switch-a-roteador, costumavam exigir o uso de determinados tipos de cabo (crossover). Na verdade, agora é possível usar o comando de configuração da interface mdix auto para ativar o recurso de interface que depende do meio automático (auto-mdix). Quando o recurso auto-mdix é habilitado, o switch detecta o tipo de cabo exigido para conexões Ethernet e configura as interfaces corretamente. Por isso, é possível usar um cabo crossover para conexões com uma porta 10/100/1000 no switch, independentemente do tipo de dispositivo na outra extremidade da conexão. Endereçamento MAC e tabelas de endereços MAC do switch Os switches usam endereços MAC para direcionar a comunicação da rede para a porta apropriada no sentido do nó de destino. Para que um switch saiba qual porta usar para transmitir um quadro unicast, ele deve aprender primeiro quais são os nós em cada uma de suas portas. Um switch determina como tratar estruturas de dados recebidos, usando sua tabela de endereços MAC. Um switch cria sua tabela de endereços MAC, registrando os endereços MAC dos nós conectados a cada uma de suas portas. Quando um endereço MAC de um nó específico em uma porta específica é registrado na tabela de endereços, o switch sabe enviar tráfego com destino a esse nó específico pela porta mapeada para esse nó em transmissões subsequentes. Quando uma estrutura de dados de entrada é recebida por um switch e o endereço MAC de destino não está na tabela, o switch encaminha o quadro por todas as portas, com exceção da porta em que foi recebido. Quando o nó de destino responde, o switch registra o endereço MAC do nó na tabela de endereços. Em redes com vários switches interconectados, as tabelas de endereços MAC registram vários endereços MAC para as portas que conectam os switches que refletem o que há além do nó. Normalmente, as portas de switch usadas para interconectar dois switches têm vários endereços MAC registrados na tabela de endereços MAC. Métodos de encaminhamento de pacotes do switch -Comutação armazenar e encaminhar: Na comutação armazenar e encaminhar, quando o switch recebe o quadro, ele armazena os dados em buffers até que o quadro completo seja recebido. Durante o processo de armazenamento, o switch analisa o quadro para obter informações sobre seu destino. Nesse processo, o switch também executa uma verificação de

3 erros usando a porção de trailer da verificação de redundância cíclica (CRC) do quadro Ethernet. Depois de confirmar a integridade do quadro, o quadro é encaminhado pela porta apropriada até seu destino. Quando um erro é detectado em um quadro, o switch descarta o quadro. Descartar quadros com erros reduz a quantidade de largura de banda consumida por dados corrompidos. A comutação armazenar e encaminhar é obrigatória para a análise da Qualidade de Serviço (QoS) em redes convergidas nas quais a classificação de quadro para priorização de tráfego é necessária. -Comutação direta: Na comutação direta, o switch age nos dados assim que eles são recebidos, mesmo que a transmissão não seja concluída. O switch armazena em buffer o suficiente do quadro para ler o endereço MAC de destino de forma que possa determinar para qual porta encaminhar os dados. O switch observa o endereço MAC de destino em sua tabela de comutação, determina a porta da interface de saída e encaminha o quadro para seu destino pela porta de switch designada. O switch não executa nenhuma verificação de erros no quadro. Como o switch não precisa aguardar que todo quadro seja armazenado em buffer e como ele não executa nenhuma verificação de erros, a comutação direta é mais rápida que a comutação armazenar e encaminhar. No entanto, como o switch não executa nenhuma verificação de erros, ele encaminha quadros corrompidos ao longo da rede. Existem duas variantes da comutação direta: -Comutação fast forward: A comutação fast forward oferece o nível mais baixo de latência. A comutação fast forward encaminha imediatamente um pacote depois de ler o endereço de destino. Como a comutação fast forward inicia o encaminhamento antes de todo o pacote ser recebido, talvez haja momentos em que os pacotes sejam retransmitidos com erros. Isso raramente ocorre, e o adaptador de rede de destino descarta o pacote com defeito assim que ele é recebido. No modo fast forward, a latência é medida do primeiro bit recebido até o primeiro bit transmitido. -Comutação sem fragmentos: Na comutação sem fragmentos, o switch armazena os primeiros 64 bytes do quadro antes de encaminhar. A comutação sem fragmentos pode ser vista como um compromisso entre as comutações armazenar e encaminhar e direta. O motivo pelo qual a comutação sem fragmentos armazena apenas os primeiros 64 bytes do quadro é que a maioria dos erros de rede e das colisões ocorre durante os primeiros 64 bytes. A comutação sem fragmentos tenta aprimorar a comutação direta, executando uma pequena verificação de erros nos primeiros 64 bytes do quadro para assegurar que uma colisão não tenha ocorrido antes do encaminhamento do quadro. A comutação sem fragmentos é um compromisso entre a latência alta e a integridade alta da comutação armazenar e encaminhar e a baixa latência e a integridade reduzida da comutação direta.

4 Comutação simétrica e assimétrica A comutação simétrica fornece conexões comutadas entre portas com a mesma largura de banda, como todas as portas de 100 Mb/s ou todas as portas de 1000 Mb/s. Um switch de rede local assimétrico fornece conexões comutadas entre portas de largura de banda diferente, como uma combinação de portas de 10 Mb/s, 100 Mb/s e 1000 Mb/s. -Assimetrica: A comutação assimétrica permite que mais largura de banda seja dedicada a uma porta de switch do servidor para impedir um gargalo. Isso permite fluxos de tráfego melhores onde vários clientes estão se comunicando com um servidor ao mesmo tempo. O armazenamento em buffer da memória é obrigatório em um switch assimétrico. -Simétrica: Em um switch simétrico, todas as portas têm a mesma largura de banda. A maioria dos switches atuais é assimétrica porque esse tipo de switch oferece a maior flexibilidade. Armazenamento em buffer na memória compartilhada e baseado na porta -Armazenamento em buffer da memória baseado na porta: Os quadros são armazenados em filas vinculadas a portas de entrada e de saída específicas. Um quadro só será transmitido para a porta de saída quando todos os quadros à frente dele na fila forem transmitidos com êxito. É possível para um único quadro atrasar a transmissão de todos os quadros na memória por conta de uma porta de destino ocupada. Esse atraso ocorre mesmo que os demais quadros possam ser transmitidos para portas de destino abertas. -Armazenamento em buffer de memória compartilhada: Deposita todos os quadros em um buffer de memória comum compartilhado por todas as portas no compartilhamento do switch. A quantidade da memória de buffer exigida por uma porta é alocada dinamicamente. Os quadros no buffer são vinculados dinamicamente à porta de destino. Isso permite que o pacote seja recebido em uma porta e, em seguida, transmitido em outra porta, sem movê-lo para uma fila diferente. O switch mantém um mapa do quadro para links de porta que mostra onde um pacote precisa ser transmitido. O link de mapa será limpo depois que o quadro for transmitido com êxito. O número de quadros armazenados no buffer é restringido pelo tamanho de todo o buffer de memória, não estando limitado a um único buffer de porta. Isso permite a transmissão de quadros maiores com menos quadros descartados. Isso é importante para a comutação assimétrica, em que os quadros são trocados entre portas de taxas diferentes. Comutação das camadas 2 e 3 Um switch de rede local de Camada 2 executa a comutação e a filtragem exclusivamente com base no endereço MAC (Camada 2) camada de enlace de dados de OSI. Um switch da Camada 2 é totalmente transparente a protocolos de rede e aplicativos de usuário. Lembre-se de que um switch da Camada 2 cria uma tabela de endereços MAC usada para tomar decisões de encaminhamento. Um switch da Camada 3 funciona de maneira semelhante ao switch da Camada 2, mas em vez de usar apenas as informações de endereço MAC da Camada 2 para decisões de encaminhamento, um switch da Camada 3 também pode usar as informações de endereço IP. Em vez de apenas aprender que endereços MAC estão associados a quais portas, um switch da Camada 3 também pode aprender quais endereços IP estão associados às suas interfaces.

5 Isso permite ao switch da Camada 3 direcionar tráfego por toda a rede com base nas informações de endereço IP. Os switches da Camada 3 também são capazes de executar funções de roteamento da Camada 3, o que reduz a necessidade de roteadores dedicados em uma rede local. Como os switches da Camada 3 têm hardware de comutação especializado, eles normalmente podem rotear dados com a mesma velocidade que os comutam. Comparação entre switch da Camada 3 e roteador Os switches da Camada 3 podem rotear pacotes entre segmentos de rede local diferentes para roteadores dedicados de maneira semelhante. No entanto, os switches da Camada 3 não substituem por completo a necessidade de roteadores em uma rede. Os roteadores executam serviços adicionais de Camada 3 que os switches da Camada 3 não são capazes de realizar. Os roteadores também são capazes de executar tarefas de encaminhamento de pacotes não encontradas em switches da Camada 3, como estabelecer conexões de acesso remoto com redes remotas e dispositivos. Os roteadores dedicados são mais flexíveis quanto ao suporte de placas de interface WAN, o que faz deles os preferenciais e, apenas às vezes, a opção para se conectar a uma WAN. Os switches da Camada 3 podem fornecer funções de roteamento básicas em uma rede local e reduzir a necessidade de roteadores dedicados.