Switches e Camadas de Rede

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Enquanto a maioria dos switches opera na camada de enlace de dados (camada 2) do Modelo de referência OSI, alguns incorporam funções de um roteador e também operam na camada de rede (camada 3). Na verdade, um switch de camada 3 é muito parecido com um roteador.
Os switches da camada 3 operam na camada de rede
Quando um roteador recebe um pacote, ele observa os endereços da fonte e do destino da camada 3 para determinar o caminho que o pacote deve tomar. Um switch padrão utiliza os endereços MAC para determinar a fonte e o destino do pacote. Este procedimento é feito na camada 2 (enlace de dados) da rede.
A principal diferença entre um roteador e um switch de camada 3 é que os switches têm hardware otimizado para transmitir dados tão rapidamente quanto os switches de camada 2. Entretanto, eles ainda decidem como transmitir o tráfego na camada 3, exatamente como um roteador faria. Dentro de um ambiente LAN, um switch de camada 3 é geralmente mais rápido do que um roteador porque é construído para ser um hardware de comutação. Muitos switches de camada 3 da Cisco são, na verdade, roteadores que operam mais rapidamente porque são construídos com pastilhas personalizadas de comutação.
O reconhecimento de padrões (pattern matching) e a memória cache em switches de camada 3 funcionam de maneira semelhante a um roteador. Ambos utilizam um protocolo e uma tabela de roteamento para determinar o melhor caminho. Entretanto, um switch de camada 3 tem a capacidade de reprogramar dinamicamente um hardware com as informações atuais de roteamento da camada 3. Por isso o processamento dos pacotes é mais rápido.
Nos switches de camada 3 atuais, as informações recebidas pelos protocolos de roteamento são utilizadas para atualizar a memória cache das tabelas do hardware.
	CAMADA
	FUNÇÃO
	Física
	Transmissão de bits; estabelecimento conexões físicas; comunicação entre modem’s; comutação; multiplexação física; modulação analógica e digital.
	Enlace de Dados
	Delineamento de quadros; detecção e correção de erros em nível de rede local; controle de acesso ao meio.
	Rede
	Roteamento; controle de congestionamento.
	Transporte
	Detecção e correção de erros fim a fim; controle de fluxo; multiplexação.
	Sessão
	Gerência de diálogo; sincronização; gerência de atividade.
	Apresentação
	Conversão de formatos; uso de sintaxe padrão durante a transmissão; criptografia; compressão de dados.
	Aplicação
	Correio eletrônico; terminal virtual; transferência e gerência de sistemas de arquivos remotos; servidores diversos.
Funcões da camada Física (Camada 1 do Modelo OSI)
A camada Física tem a função de enviar e receber bits, através de um canal de comunicação. Esta camada trabalha basicamente com as características mecânicas e elétricas do meio físico, como por exemplo: Número de volts que devem representar os níveis lógicos “1” e “0”; velocidade máxima da transmissão; transmissão simplex, half duplex ou full duplex; número de pinos do conector e utilidade de cada um.
Funções da camada de Ligação de Dados (Camada 2 do Modelo OSI)
A camada de ligação de dados prevê a transmissão física de dados e lida com erros de notificação, topologia da rede e controlo de fluxo. Isto significa que a camada de ligação de dados irá assegurar que as mensagens são enviadas para o dispositivo apropriado em uma rede local utilizando endereços de hardware e irá traduzir mensagens da camada de rede em bits para a camada física para transmitir. A camada de ligação de dados formata a mensagem (data frame) e acrescenta um cabeçalho personalizado que contém o destino hardware e endereço de origem. Esta camada está dividida em dois subníveis:
Subnível superior – Controle lógico de ligação (LLC – Logical Link Conrol) – Responsável por identificar os protocolos da camada de rede e em seguida encapsulamento deles. Um cabeçalho LLC diz à camada de ligação de dados o que fazer com um pacote assim que uma frame é recebida. Funciona assim: um host recebe uma frame e olha no cabeçalho LLC para descobrir onde o pacote é destinado, por exemplo, o protocolo IP na camada de rede. O LLC também pode fornecer controle de fluxo e sequenciamento de bits de controle.
Subnível inferior – Controle de acesso ao meio (MAC – Medium Access Control) – Define como os pacotes são colocados no meio. O meio de contencão de acesso é “primeiro a chegar / primeiro a ser servido”, o acesso, onde todos compartilham a mesma largura de banda. Endereçamento físico é definido aqui, bem como as topologias lógicas. O que é
uma topologia lógica? É o percurso do sinal através de uma topologia física. Linha de disciplina, notificação do erro (mas não corrige), a entrega ordenada de frames e o controlo do fluxo também pode ser utilizado neste subcamada.
Funções da camada de Rede (Camada 3 do Modelo OSI)
A camada de rede tem a função de controlar a operação da rede de um modo geral. Suas principais funções são o roteamento dos pacotes entre fonte e destino. Em redes de longa distância é comum que a mensagem chegue do nó fonte ao nó destino passando por diversos nós intermediários no meio do caminho e é tarefa da camada de rede escolher o melhor caminho para essa mensagem.
Funciona da seguinte forma: em primeiro lugar, quando um pacote é recebido em uma interface do roteador, o endereço IP de destino é verificado. Se o pacote não está destinado para esse roteador particular, ele irá procurar o endereço de rede de destino na tabela de roteamento. Uma vez que o roteador escolhe uma interface de saída, o pacote será enviado a essa interface para ser moldado e enviados na rede local. Se o roteador não conseguir encontrar uma entrada para a rede de destino do pacote na tabela de roteamento, o roteador descarta o pacote.
Se muitos pacotes estiverem a ser transmitidos através dos mesmos caminhos, eles vão diminuir o desempenho global da rede, formando congestionamentos. O controle de tais congestionamentos também é tarefa da camada de rede.
Funções da camada de Transporte (Camada 4 do Modelo OSI)
A camada de transporte inclui funções relacionadas com conexões entre a máquina fonte e máquina destino, segmentando os dados em unidades de tamanho apropriado para utilização pelo nível de rede, seguindo ou não as orientações do nível de sessão.
As principais funções do nível de transporte são a criar conexões para cada requisição vinda do nível superior, multiplexar as várias requisições vindas da camada superior em uma única conexão de rede, dividir as mensagens em tamanhos menores, a fim de que possam ser tratadas pelo nível de rede e estabelecer e terminar conexões através da rede.
O nível de transporte é o primeiro que trabalha com conexões lógicas fim a fim, ou seja, um programa na máquina fonte conversa com um programa similar na máquina destino, diferente dos níveis anteriores, que conversavam somente com o nó vizinho. Vale ressaltar que a conexão criada pelo nível de transporte é uma conexão lógica, e os dados são transmitidos somente pelo meio físicos, através da camada física do modelo. Assim, os dados devem descer nível a nível até atingir o nível 1, para então serem transmitidos à máquina remota.
Funções da camada de Sessão (Camada 5 do Modelo OSI)
A função da camada de sessão é administrar e sincronizar diálogos entre dois processos de aplicação. Esta camada oferece três tipos de diálogo: simplex, half duplex e full duplex.
A camada de sessão fornece mecanismos que permitem estruturar os circuitos oferecidos para o nível de transporte. Nesta camada ocorre a quebra de um pacote com o posicionamento de uma marca lógica ao longo do diálogo. Esta marca tem como finalidade identificar os blocos recebidos para que não ocorra uma recarga, quando ocorrer erros na transmissão.
Funções da camada de Apresentação (Camada 6 do Modelo OSI)
A camada de apresentação recebe o nome de seu propósito: Ela apresenta dados para a camada de aplicação e é responsável pela tradução dos dados e formatação do código. Pense nisso como um tradutor do modelo OSI, um prestadorde serviços de codificação e de conversão. Uma maneira muito eficaz de garantir uma transferência de dados bem-sucedida é a de converter os dados em um formato padrão antes da transmissão. Os computadores são configurados para receber esses dados genericamente formatado e, em seguida, reformatá-lo de volta para seu estado nativo de lê-lo.
Um exemplo deste tipo de serviço de tradução ocorre quando traduzindo dados antigos de EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Código Interchange), para ASCII (American Standard Code para Information Interchange).
Funções da camada de Aplicação (Camada 7 do Modelo OSI)
A camada de Aplicação do modelo OSI marca o local onde os usuários realmente se comunicão com o computador e só entra em acção quando é claro que o acesso à rede será necessário em breve. A camada de Aplicação funciona como interface entre o programa de aplicação atual e a próxima camada para baixo, proporcionando formas de aplicação para enviar informações para baixo através da pilha de protocolos. Transferir um arquivo entre os dois sistemas requer uma forma de trabalhar com essas incompatibilidades, e essa é a função da camada de aplicação. A camada de aplicação é a camada que possui o maior número de protocolos existentes, devido ao fato de estar mais perto do usuário e os usuários possuírem necessidades diferentes.
Confira na tabela seguinte o resumo das funções das diferentes camdas do Modelo OSI:
Modelo OSI – As 7 camadas e as suas funções
Para ilustrar como o modelo OSI funciona, vejamos como funciona o acesso a uma página Web, através de um browser. Começemos de cima para baixo (camada de aplicação para camada física):
– Na camada de aplicação, o browser (aplicação) serve de interface para apresentação da informação ao utilizador. Para este pedido (cliente-> servidor), foi usado o protocolo HTTP.
– O formato dos dados é tratado na camada de apresentação. Os formatos tradicionais da Web incluem HTML, XML, PHP, GIF, JPG, etc. Adicionalmente são usados mecanismos de encriptação e compressão para a apresentação da informação.
– Na camada de sessão é estabelecida a sessão entre o computador cliente (onde é feito o pedido via browser) e o servidor web (que aloja a página requisitada).
– O protocolo TCP fornece garantia na entrega de todos os pacotes entre um dispositivo emissor e um dispositivo receptor (neste caso, a entrega de toda a informação da página web do servidor para o cliente). Isto é uma funcionalidade da camada de transporte.
– Tanto o dispositivo cliente como o servidor possuem um endereço lógico (endereço IP). Isso é uma funcionalidade da camada de rede. Adicionalmente os routers determinam qual o melhor caminho para que os pacotes possam fluir (encaminhamento) entre cliente e servidor web.
– O endereço IP (endereço lógico) é então traduzido para o endereço físico (endereço MAC da placa de rede). Isto é funcionalidade da camada da dados
– Cabos de cobre, fibra óptica, placas de rede e outros dispositivos, ajudam na ligação física entre o cliente e o servidor que acontece na camada física.
Como complemento, saiba que existem três equipamentos tradicionais numa rede que operam em diferentes camadas do modelo OSI: o HUB que funciona na camada 1 (camda física), o SWITCH na camada 2 (camada de dados) e o Roteador na camada 3 (camada de rede). Também existem Switches que também são capazes de funcionar na camada 3.