MÉTODOS DE FRAME DE FRAME EM SWITCHES CISCO

Como você aprendeu no tópico anterior, os switches usam suas tabelas de endereços MAC para determinar qual porta usar para encaminhar quadros. Com os switches Cisco, existem na verdade dois métodos de encaminhamento de quadros e boas razões para usar um em vez do outro, dependendo da situação.

Os switches usam um dos seguintes métodos de encaminhamento para alternar dados entre portas de rede:

• Comutação armazenar e encaminhar – Este método de encaminhamento de quadro recebe o quadro inteiro e calcula o CRC. O CRC usa uma fórmula matemática, baseada no número de bits (1s) no quadro, para determinar se o quadro recebido tem um erro. Se o CRC for válido, o switch procura o endereço de destino, que determina a interface de saída. Em seguida, o quadro é encaminhado para fora da porta correta.
• Comutação direta – Este método de encaminhamento de quadro encaminha o quadro antes que ele seja totalmente recebido. No mínimo, o endereço de destino do quadro deve ser lido antes que o quadro possa ser encaminhado.

Uma grande vantagem da comutação armazenar e encaminhar é que ela determina se um quadro tem erros antes de propagá-lo. Quando um erro é detectado em um quadro, o switch descarta o quadro. O descarte de frames com erros reduz a quantidade de largura de banda consumida por dados corrompidos. A comutação armazenar e encaminhar é necessária para análise de qualidade de serviço (QoS) em redes convergentes onde a classificação de quadros para priorização de tráfego é necessária. Por exemplo, os fluxos de dados de voz sobre IP (VoIP) precisam ter prioridade sobre o tráfego de navegação na web.

Clique em Reproduzir na animação para uma demonstração do processo de armazenar e encaminhar.

COMUTAÇÃO CUT-THROUGH

Na comutação direta, o switch age sobre os dados assim que eles são recebidos, mesmo se a transmissão não for concluída. O switch armazena em buffer apenas o suficiente do quadro para ler o endereço MAC de destino, de modo que possa determinar para qual porta deve encaminhar os dados. O endereço MAC de destino está localizado nos primeiros 6 bytes do quadro após o preâmbulo. O switch procura o endereço MAC de destino em sua tabela de comutação, determina a porta de interface de saída e encaminha o quadro para seu destino por meio da porta de switch designada. O switch não executa nenhuma verificação de erro no quadro.

Clique em Reproduzir na animação para ver uma demonstração do processo de alternância direta.

Existem duas variantes de comutação direta:

• Comutação de avanço rápido – A comutação de avanço rápido oferece o nível mais baixo de latência. A comutação de avanço rápido encaminha imediatamente um pacote depois de ler o endereço de destino. Como a comutação fast-forward começa a encaminhar antes que o pacote inteiro seja recebido, pode haver momentos em que os pacotes são retransmitidos com erros. Isso ocorre raramente e a NIC de destino descarta o pacote com defeito ao recebê-lo. No modo de avanço rápido, a latência é medida a partir do primeiro bit recebido até o primeiro bit transmitido. A comutação fast-forward é o método cut-through típico de comutação.
• 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 meio-termo entre a comutação store-and-forward e fast-forward. O motivo pelo qual a comutação livre de fragmentos armazena apenas os primeiros 64 bytes do quadro é que a maioria dos erros de rede e colisões ocorrem durante os primeiros 64 bytes. A comutação sem fragmentos tenta aprimorar a comutação de avanço rápido, executando uma pequena verificação de erro nos primeiros 64 bytes do quadro para garantir que não tenha ocorrido uma colisão antes de encaminhar o quadro. A comutação sem fragmentos é um meio-termo entre a alta latência e a alta integridade da comutação store-and-forward e a baixa latência e integridade reduzida da comutação fast-forward.

Alguns switches são configurados para realizar a comutação cut-through por porta até que um limite de erro definido pelo usuário seja atingido e, em seguida, eles mudam automaticamente para armazenar e encaminhar. Quando a taxa de erro cai abaixo do limite, a porta muda automaticamente de volta para a comutação direta.

BUFFER DE MEMÓRIA EM SWITCHES

Um switch Ethernet pode usar uma técnica de buffer para armazenar quadros antes de encaminhá-los. O armazenamento em buffer também pode ser usado quando a porta de destino está ocupada devido ao congestionamento. O switch armazena o quadro até que ele possa ser transmitido.

Conforme mostrado na tabela, existem dois métodos de armazenamento em buffer de memória:

MÉTODOS DE BUFFER DE MEMÓRIA

Método	Descrição
Memória baseada em porta	Os quadros são armazenados em filas vinculadas a portas de entrada e saída específicas. Um quadro é transmitido para a porta de saída apenas quando todos os quadros à frente na fila foram transmitidos com sucesso. É possível que um único quadro atrase a transmissão de todos os quadros na memória por causa de uma porta de destino ocupada. Esse atraso ocorre mesmo se os outros quadros pudessem ser transmitidos para portas de destino abertas.
Memoria compartilhada	Deposita todos os quadros em um buffer de memória comum compartilhado por todas as portas do switch e a quantidade de memória buffer exigida por uma porta é alocada dinamicamente. Os quadros no buffer são dinamicamente vinculados à porta de destino, permitindo que um pacote seja recebido em uma porta e, em seguida, transmitido em outra porta, sem movê-lo para uma fila diferente.

O buffer de memória compartilhada também resulta na capacidade de armazenar quadros maiores com potencialmente menos quadros perdidos. Isso é importante com a comutação assimétrica, que permite diferentes taxas de dados em portas diferentes, como ao conectar um servidor a uma porta de switch de 10 Gbps e PCs a portas de 1 Gbps.

CONFIGURAÇÕES DUPLEX E VELOCIDADE

Duas das configurações mais básicas em um switch são a largura de banda (às vezes chamada de “velocidade”) e as configurações duplex para cada porta individual do switch. É essencial que as configurações duplex e de largura de banda correspondam entre a porta do switch e os dispositivos conectados, como um computador ou outro switch.

Existem dois tipos de configurações duplex usadas para comunicações em uma rede Ethernet:

• Full-duplex – Ambas as extremidades da conexão podem enviar e receber simultaneamente.
• Half-duplex – Apenas uma extremidade da conexão pode enviar por vez.

A negociação automática é uma função opcional encontrada na maioria dos switches Ethernet e NICs. Ele permite que dois dispositivos negociem automaticamente a melhor velocidade e recursos duplex. Full-duplex será escolhido se ambos os dispositivos tiverem a capacidade junto com sua maior largura de banda comum.

Na figura, a NIC Ethernet para PC-A pode operar em full-duplex ou half-duplex e em 10 Mbps ou 100 Mbps.

O PC-A é conectado ao switch S1 na porta 1, que pode operar em full-duplex ou half-duplex e em 10 Mbps, 100 Mbps ou 1000 Mbps (1 Gbps). Se ambos os dispositivos estiverem usando a negociação automática, o modo de operação será full-duplex e 100 Mbps.

Nota: A maioria dos switches Cisco e NICs Ethernet assumem como padrão a negociação automática para velocidade e duplex. As portas Gigabit Ethernet operam apenas em full-duplex.

A incompatibilidade duplex é uma das causas mais comuns de problemas de desempenho em links Ethernet 10/100 Mbps. Ocorre quando uma porta no link opera em half-duplex enquanto a outra porta opera em full-duplex, conforme mostrado na figura.

S2 experimentará colisões continuamente porque S1 continua enviando frames sempre que tem algo para enviar.

A incompatibilidade duplex ocorre quando uma ou ambas as portas em um link são redefinidas e o processo de negociação automática não resulta em ambos os parceiros de link tendo a mesma configuração. Também pode ocorrer quando os usuários reconfiguram um lado de um link e se esquecem de reconfigurar o outro. Ambos os lados de um link devem ter a negociação automática ativada ou ambos os lados devem tê-la desativada. A prática recomendada é configurar ambas as portas do switch Ethernet como full-duplex.

AUTO-MDIX

Antes, as conexões entre os dispositivos exigiam o uso de um cabo cruzado ou direto. O tipo de cabo necessário depende do tipo de dispositivos de interconexão.

Por exemplo, a figura identifica o tipo de cabo correto necessário para interconectar dispositivos switch a switch, switch a roteador, switch a host ou roteador a host. Um cabo cruzado é usado ao conectar dispositivos semelhantes e um cabo direto é usado para conectar dispositivos diferentes.

Nota: Uma conexão direta entre um roteador e um host requer uma conexão cruzada.

A maioria dos dispositivos de switch agora oferece suporte ao recurso de cruzamento de interface dependente do meio automático (auto-MDIX). Quando habilitado, o switch detecta automaticamente o tipo de cabo conectado à porta e configura as interfaces de acordo. Portanto, você pode usar um cabo cruzado ou direto para conexões a uma porta de cobre 10/100/1000 no switch, independentemente do tipo de dispositivo na outra extremidade da conexão.

O recurso auto-MDIX é habilitado por padrão em switches que executam o Cisco IOS Release 12.2 (18) SE ou posterior. No entanto, o recurso pode ser desativado. Por esse motivo, você deve sempre usar o tipo de cabo correto e não depender do recurso auto-MDIX. Auto-MDIX pode ser reativado usando o comando de configuração de interface auto mdix.