O que é um switch de rede?

O que é um switch de rede?

Um switch de rede é um equipamento que permite que dois ou mais dispositivos de TI, como computadores, comuniquem-se entre si. A conexão de vários dispositivos de TI em conjunto cria uma rede de comunicações. Computação, impressão, servidores, armazenamento de arquivos, acesso à Internet e outros recursos de TI podem ser compartilhados por toda a rede.

Os dispositivos de TI comunicam-se trocando “pacotes” de dados por toda a rede. Switches básicos encaminham pacotes de um dispositivo a outro, enquanto operações mais complicadas (como decidir se um pacote tem permissão de chegar ao destino desejado) são tradicionalmente o domínio de outros tipos de dispositivos de rede.

Switches podem assumir a forma de um dispositivo dedicado ou podem ser um componente de outro equipamento, como um roteador de rede ou ponto de acesso sem fio (APs), que executa operações em pacotes de dados. A tecnologia básica de comutação está conosco há décadas, sendo um dos blocos básicos de todas as redes de TI modernas, incluindo a Internet. 

Quais problemas são resolvidos pelos switches?

Um switch de rede conecta usuários, aplicativos e equipamentos por toda a rede para que eles possam se comunicar entre si e compartilhar recursos. Os switches de rede mais simples oferecem conectividade exclusivamente aos dispositivos de uma única rede local (LAN). Switches mais avançados podem conectar dispositivos de várias LANs e até mesmo incorporar funções básicas de segurança de dados. 

Nos switches mais avançados, funções que vão além da interconexão simples na LAN muitas vezes são algumas daquelas normalmente encontradas em outros dispositivos de rede como roteadores e firewalls. Apesar dos recursos avançados desses switches, eles continuam a ser chamados “switches”, porque sua finalidade principal é conectar dispositivos como parte de uma rede de TI. 

Uma função importante de um switch avançado é a sua capacidade de criar “redes virtuais”. Redes virtuais isolam grupos de sistemas em rede uns dos outros com base em configurações fornecidas pelos administradores da rede. Esse recurso permite que grandes quantidades de sistemas sejam conectados a uma única rede física e também a segmentação segura de determinados sistemas dos demais. Alguns dos tipos de rede virtual são as redes virtuais privadas (VPNs), LANs virtuais (VLANs) e eXtensible LANs virtuais (EVPN-VXLANs), todas utilizadas normalmente em redes de médio e grande porte. A EVPN-VXLAN é uma implementação cada vez mais comum da segmentação da rede em redes empresariais modernas.

Os switches de rede são fornecidos em uma ampla variedade de velocidades, recursos e dimensões. Eles podem oferecer suporte a qualquer configuração, que pode ir de três dispositivos a milhares deles. Vários switches de rede podem ser conectados em conjunto para dar suporte a ainda mais dispositivos. A forma como estes switches são conectados é conhecida como “topologia de rede”.

Uma topologia moderna de “spine-leaf” que utiliza switches de alta velocidade com alta densidade de portas pode facilmente conectar dezenas de milhares de dispositivos em uma única rede física. Em uma rede de data centers do tipo spine-leaf, os switches “leaf” agregam tráfego de servidores e o conectam diretamente aos switches “spine”, que interconectam todos os switches “leaf” em uma topologia full-mesh. Essas redes de grande porte são tipicamente segmentadas em um grande número de redes virtuais que utilizam a EVPN-VXLAN, com switches “leaf” oferecendo acesso (e proporcionando roteamento) a diferentes segmentos de rede.

Esse tipo de rede é comum em data centers compartilhados por muitos clientes (os chamados data centers “multilocatário”), assim como os usados por governos e grandes empresas.

Como funciona um switch?

Um switch de rede pode realizar a comunicação entre dispositivos porque todos os sistemas conectados, incluindo o próprio switch, seguem um conjunto padrão de protocolos de comunicações. Esses padrões são definidos e mantidos por organizações internacionais de padrões, como o Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) e o Internet Engineering Task Force (IETF).

Existem três maneiras básicas de conexão dos dispositivos a uma rede: rádio (como Wi-Fi), elétrico (como RJ-45 Ethernet) e óptico (como fibras ópticas). Cada método de conexão utiliza um meio diferente de interconexão física de rede — espectro de RF, cabeamento de cobre e cabeamento de fibra óptica, respectivamente — nos quais os dispositivos de TI se comunicam enviando fluxos de 1 s e 0 s.

Os padrões de rede permitem que esses fluxos de 1 s e 0 s sejam interpretados em pacotes. Esses pacotes contêm um cabeçalho e um payload. Os cabeçalhos dos pacotes contêm informações como os endereços de origem e destino dos dispositivos que estão participando dessa comunicação. Os payloads contêm os dados que os dispositivos em rede estão tentando enviar uns aos outros. Cada dispositivo em uma rede tem um ou mais endereços aos quais os pacotes podem ser enviados.

Grupos de pacotes trocados por dois ou mais endereços são chamados de “fluxos de dados”. Fluxos de dados são aproximadamente equivalentes a conversas individuais entre dispositivos em rede. Um switch lê os endereços dos cabeçalhos dos pacotes e então encaminha esses pacotes aos seus destinos.

Os switches mantêm registros denominados tabelas lookup (LUTs). As LUTs contêm uma lista dos endereços que podem ser alcançados por portas específicas do switch. Alguns switches, assim como todos os roteadores, podem ser configurados com “rotas”. Rotas são um tipo de LUT que direciona os switches a enviar todos os pacotes que tenham determinados destinos a um switch ou roteador intermediário. O uso de rotas permite que os switches enviem pacotes a dispositivos para os quais o switch não tenha informações de endereço.

Por exemplo, vamos pensar na forma como um smartphone pode usar uma rede Wi-Fi doméstica para acessar uma página da web. O smartphone conecta-se a um AP (ponto de acesso) via Wi-Fi. O AP possui um switch RJ-45/Ethernet integrado, conectado a um roteador Internet.