Hubs, switches e hub-switches

Em seguida temos os switches ou hub-switches que utilizamos para interligar os micros da rede local. Na verdade, o termo “hub-switch” foi inventado pelos fabricantes para diferenciar os switchs mais baratos, que carecem de funções mais avançadas dos switchs “de verdade”, que possuem mais portas e incluem interfaces de administração elaboradas.

O termo “switch” está mais relacionado ao modo de funcionamento do aparelho e não ao seu custo ou suas funções. Um switch é capaz de encaminhar os frames Ethernet para o destinatário correto, fechando “circuitos” entre as duas portas envolvidas, enquanto um hub antigo simplesmente repete os sinais recebidos em todas as portas.

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Assim como as placas de rede, os switchs trabalham no nível 2 do modelo OSI (link de dados), enviando frames Ethernet e endereçando os outros dispositivos da rede usando endereços MAC ao invés de endereços IP. Só para efeito de comparação, os hubs “burros” trabalham no nível 1, assim como os cabos de rede. Eles são meros dispositivos de transmissão, que não realizam processamento.

Um switch pode operar de quatro formas. No sistema cut-through o switch inicia a retransmissão dos frames imediatamente após receber os headers (que contém os endereços de origem e de destino). Nesse modo o switch não faz nenhum tipo de verificação no frame, simplesmente o retransmite da forma como os dados foram recebidos. No modo store-and-forward o switch armazena o pacote na memória, realiza algumas verificações básicas e só então envia o pacote ao destinatário, descartando pacotes inválidos e solicitando a retransmissão de pacotes corrompidos.

A vantagem do modo cut-through é a baixa latência, já que o switch executa muito pouco processamento e vai retransmitindo os dados do pacote conforme eles são recebidos. Entretanto, além da questão da estabilidade e melhor uso da banda da rede, o modo store-and-forward oferece uma vantagem importante, que é o fato de permitir que as portas do switch trabalhem a diferentes velocidades, sem precisar reduzir a taxa de transmissão da porta mais rápida, limitando-a à da porta mais lenta.

Uma terceira tecnologia é a adaptative cut-through, disponível em modelos mais recentes. Nesse modo, o switch opera inicialmente em modo cut-through (para minimizar a latência), mas passa automaticamente a operar em modo store-and-forward caso detecte um grande volume de frames inválidos ou corrompidos, ou caso precise transmitir frames entre duas portas operando a diferentes velocidades (100 e 1000, por exemplo). No caso dos switches adaptative cut-through gerenciáveis, é possível também forçar um dos dois modos de operação.

Hoje em dia, o modo de operação do switch é mais uma opção de design do que uma diferença prática, pois em redes de 100 e 1000 megabits o tempo de latência é sempre muito baixo, independentemente do modo de operação. A maioria dos switches gigabit atuais operam com tempos de latência inferiores a 20 microsegundos (0.02 ms), o que é uma necessidade, já que um switch lento não conseguiria encaminhar 1 gigabit de dados por segundo em primeiro lugar.

O quarto modo de operação, pouco relevante hoje em dia, é o fragment-free, onde o switch aguarda o recebimento dos primeiros 64 bytes do frame, certifica-se de que não ocorreu uma colisão e só então o retransmite. Este modo foi desenvolvido para minimizar a ocorrência de colisões, mas se tornou irrelevante com a popularização do modo full-duplex, onde é negociado um canal exclusivo de transmissão entre cada estação e o switch, eliminando o problema.

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