Compreendendo o Core Switch: Principais diferenças e usos

O significado do interruptor de núcleo na construção e sustentação de uma infraestrutura de rede resiliente é primordial. Como o switch central de tráfego de dados, ele garante um switch de comunicação entre dispositivos adequado. Isso determina a eficácia da rede, a confiabilidade e a velocidade com que as informações são trocadas. Este artigo discutirá aspectos críticos dos switches principais, incluindo suas funções essenciais, distinções de outros switches dentro da mesma categoria e critérios a serem lembrados ao comprar um para sua instituição. Da otimização de redes de nível empresarial à exploração do conceito de hierarquias de rede, este guia é personalizado para profissionais de TI e ajudará você a tomar decisões bem informadas.

O que é um switch de núcleo e como ele funciona?

Um switch de núcleo é um switch de rede de alta capacidade que funciona como backbone ou camada de núcleo de uma rede. Ele é responsável por rotear com precisão a comunicação entre camadas e departamentos de diferentes seções. Em poucas palavras, ele ajuda a transmitir grandes blocos de dados em velocidades maiores. Os switches de núcleo são o ponto focal para o controle de tráfego entre switches de acesso e distribuição. Eles desempenham uma função vital para garantir a confiabilidade e estabilidade da rede porque são responsáveis ​​por rotear dados pela infraestrutura de rede de forma confiável e oportuna.

Compreendendo a camada central da rede

A camada central de uma rede serve como sua base arquitetônica. Ela é projetada para fornecer dados confiáveis ​​e de alta velocidade transporte através de diferentes redes segmentos. Ele agrega tráfego de outras camadas e facilita a comunicação suave por toda parte. Os switches principais neste nível são ajustados para desempenho e escalabilidade, acomodando o demanda de largura de banda das redes contemporâneas, mantendo a latência ao mínimo. A camada central é essencial para o fluxo de dados holístico e prático em todos os dispositivos e sistemas de rede.

Funções de um switch de camada central

Os switches da camada central têm vários recursos críticos para funcionar em uma rede:  

• Agregação de tráfego de dados: acumula dados das camadas de distribuição e acesso e gerencia seu roteamento e comutação.  
• Alto desempenho: garante entrega de dados rápida e confiável, suportando tráfego substancial com baixa latência.  
• Redundância e tolerância a falhas: esse recurso garante a confiabilidade da rede por meio da redundância, permitindo acesso contínuo à rede mesmo em caso de falha, ao mesmo tempo em que fornece tolerância a falhas significativa.  
• Suporte de escalabilidade: permite maior desenvolvimento da rede ao satisfazer maiores necessidades de largura de banda sem prejudicar o desempenho.  
• Recursos de segurança: Oferece segurança significativa contra dados vitais no centro da rede, já que os switches principais geralmente possuem esses recursos de segurança.  

Esses recursos otimizam o bom funcionamento da infraestrutura de rede sem interromper seu fluxo constante, validando a importância dos switches da camada principal.

Função do switch central em data centers

Os switches de núcleo são componentes críticos da rede do data center. Eles facilitam a transferência de dados em alta velocidade entre servidores e outros dispositivos relevantes e consolidam o tráfego de switches de acesso e agregação. Em um data center moderno, os switches de núcleo são fundamentais porque oferecem redundância e tolerância a falhas para garantir operações contínuas sem interrupções. Devido aos requisitos de largura de banda em constante aumento nesses ambientes, os switches de núcleo em data centers também passam por rigorosos testes de estresse para avaliar sua durabilidade e engenharia precisa. Os switches de núcleo são primordiais para garantir o funcionamento ideal das redes.

Como os switches principais diferem dos switches de distribuição e acesso?

Comparando switches de núcleo e switches de distribuição

A principal diferença entre núcleo e distribuição switches é a sua função na rede. Os switches de núcleo funcionam como a espinha dorsal da rede conectando vários subsistemas a switches de distribuição para transferência de dados, mantendo um link estável com comunicação de alta capacidade. Os switches de distribuição gerenciam o fluxo de dados entre os switches de acesso e de núcleo. Como os switches de núcleo fornecem o máximo desempenho e confiabilidade para toda a rede, os switches de distribuição fornecem roteamento eficiente, gerenciamento de tráfego e segmentação de rede, o que permite o controle sobre os recursos em um nível local. Essa divisão de funções aumenta o poder geral e a escalabilidade da rede, especificamente entre as camadas de acesso e de núcleo.

Distinções entre switches de camada de núcleo e de acesso

Os switches de núcleo e os switches de camada de acesso têm funções diferentes em uma única rede. Os switches de núcleo facilitam o backbone da rede, com desempenho máximo e comunicação perfeita entre vários segmentos de rede com transferência de dados de alta velocidade. Como alternativa, os switches de camada de acesso conectam dispositivos finais como computadores, impressoras e pontos de acesso sem fio à rede, fazendo com que funcionem nas bordas. Enquanto os switches de núcleo se concentram em velocidade e confiabilidade, os switches de camada de acesso enfatizam a conectividade do dispositivo, tornando-os indispensáveis ​​para acesso em nível de usuário e encaminhamento básico de tráfego.

Explorando as funcionalidades do switch principal versus switch de borda

Na infraestrutura de uma rede, os switches core e edge têm funções específicas a serem atendidas. Os switches core fornecem conectividade de backbone confiável e são construídos para gerenciar altas taxas de transferência de dados e manter a comunicação entre camadas dentro da rede. Além disso, eles garantem velocidade e redundância, cruciais para estabilizar a rede. 

Os switches de borda estão localizados mais próximos dos periféricos. Eles conectam redes com dispositivos de usuários como impressoras e computadores, permitindo o gerenciamento do tráfego de dados de e para os dispositivos. Embora os switches principais estejam preocupados com agregação de dados em altas velocidades, os switches de borda garantem o fluxo de dados no nível do dispositivo. Apesar das funções distintas, ambos servem a um propósito em um sistema de rede eficaz.

Por que a agregação de links é importante em switches principais?

Benefícios da agregação de links no gerenciamento de rede

Combinar várias interfaces de rede em uma única conexão lógica aumenta a capacidade de largura de banda. Isso é obtido por meio da agregação de links, que otimiza o desempenho, a confiabilidade e a escalabilidade da rede e lida com volumes de tráfego de dados mais significativos. Por exemplo, em data centers, os dispositivos são perfeitamente vinculados uns aos outros, o que ajuda a evitar latência e congestionamento. 

A redundância é bastante aprimorada por meio do uso de agregação de links. Se um link falhar na conexão, outros links continuarão a funcionar sem interrupção. A conectividade de link ininterrupta é crucial, especialmente para empresas que dependem de integração contínua de dados e tempo de inatividade mínimo. De acordo com a pesquisa, o custo médio da inatividade empresarial é de US$ 5,600 por minuto, portanto, usuários especialistas o consideram um link necessário para reduzir os riscos de falha de rede.

A precisão aprimorada do balanceamento de carga é alcançada, pois a agregação de links permite a distribuição uniforme do tráfego em várias conexões. O risco razoável de queixas de rede também é reduzido, resultando em melhor utilização de recursos. Redes de nível empresarial também se beneficiam da agregação, pois ela adiciona mais interfaces a um grupo e pode ser ajustada às demandas da rede sem a necessidade de alterar toda a estrutura.

No final, a agregação de links melhora o desempenho geral da rede, o que a torna uma técnica necessária para ambientes de rede modernos, especialmente onde há uma alta demanda de disponibilidade com forte capacidade de manipulação de dados.

Implementando agregação de links para transmissão de dados em alta velocidade

Para estabelecer agregação de links para transmissão de dados de alta velocidade, localize dispositivos que estejam em conformidade com o IEEE 802.3ad (Link Aggregation Control Protocol, LACP). Defina o dispositivo de cada participante para habilitar o LACP e mantenha relações adequadas entre eles. Depois disso, um grupo de agregação de links (LAG) será formado ao reunir várias conexões físicas de diferentes dispositivos em um link lógico. Mantenha configurações apropriadas do LAG nos switches downstream, roteadores, servidores e todos os outros dispositivos na camada 3 do núcleo para que as configurações sejam uniformes em todos os dispositivos. Por último, verifique um incremento na largura de banda, redundância e resiliência geral da rede na camada 3 dos switches do núcleo. A implementação precisa garante uma transmissão de dados de alta velocidade eficiente e confiável.

Como os switches principais funcionam junto com os roteadores em uma arquitetura de rede?

Integração de roteadores em redes empresariais

Dentro de uma rede empresarial, os roteadores servem como dispositivos centrais conectando diferentes segmentos de rede e gerenciando o tráfego de dados entre eles. Eles selecionam a rota ideal para comunicação de dados para redes locais (LANs) e redes de longa distância (WANs). Roteadores e switches principais facilitam o fluxo de dados interno e externo, incluindo acesso à Internet. O roteamento e a transferência de dados dentro da rede interna são de responsabilidade dos switches principais, enquanto a inter-rede e as comunicações com outras redes, chamadas de internetworking, são de responsabilidade dos roteadores, tanto de forma escalável quanto de alto desempenho. Configurar protocolos de roteamento como OSPF e BGP aumenta a confiabilidade e a eficiência da alocação de recursos em um ambiente empresarial.

Gerenciando tráfego de rede e encaminhamento de pacotes

Gerenciar efetivamente o tráfego de rede é essencial para desempenho, segurança e confiabilidade no ambiente empresarial. O encaminhamento ou roteamento de pacotes é uma das funções básicas executadas por dispositivos de rede, como roteadores e switches, que envolve o encaminhamento de pacotes de dados para os locais apropriados. Técnicas sofisticadas utilizam informações de cabeçalho dos pacotes e avaliam suas rotas usando topologia, tráfego de rede e parâmetros de QoS para selecionar o caminho mais otimizado.

As redes empresariais atuais usam as políticas de roteamento Dynamic Open Shortest Path First (OSPF) e Border Gateway Protocol (BGP) e suas versões proprietárias para explorar mudanças na carga de tráfego e atingir a alocação máxima de recursos da rede. Por exemplo, o OSPF calcula o caminho mais curto para transferência de dados usando informações de estado do link, enquanto o BGP faz roteamento baseado em políticas em WANs (Wide Area Networks). Consequentemente, há medidas de modelagem de tráfego que incluem, mas não estão limitadas a, restrição de largura de banda, alocação e priorização de tráfego para conter o congestionamento e melhorar o desempenho de aplicativos críticos.

À medida que recursos industriais avançados se mostram eficazes, os resultados validam alegações de que usar algoritmos eficientes no encaminhamento de pacotes diminuirá o período de latência e aumentará drasticamente a prevenção de perda de pacotes em ambientes de alta demanda. Recursos de monitoramento aprimorados, como análise baseada em fluxo e visualização de tráfego em tempo real, concedem aos administradores dados imediatos, que podem ser usados ​​para ação preventiva contra obstrução de rede. Com essas estratégias, as empresas podem fornecer redes seguras que mantêm alto desempenho, independentemente das demandas organizacionais de escala.

Garantindo confiabilidade e perda mínima de pacotes

As organizações devem incorporar a priorização de tráfego e outras políticas de QoS em sua infraestrutura para manter a confiabilidade e a perda de pacotes abaixo do limite aceito. Atualizar periodicamente os dispositivos de rede substituindo o hardware ou alterando o firmware melhora o desempenho do sistema reduzindo possíveis vulnerabilidades. As interrupções podem ter seu impacto reduzido empregando caminhos de rede redundantes acoplados a protocolos de failover. Ferramentas analíticas baseadas em SNMP (Simple Network Management Protocol) ou baseadas em fluxo permitem o monitoramento proativo, garantindo que todos os possíveis gargalos sejam resolvidos prontamente para garantir o fluxo de dados desobstruído.

Quais configurações são necessárias para switches principais?

Configurações essenciais do switch principal

A incorporação das seguintes configurações melhorará a confiabilidade e o desempenho do serviço dos switches principais:  

1. Configuração de VLAN: Crie VLANs para controle de tráfego e aprimoramento de segurança. É necessário definir IDs de VLAN e portas de tronco para roteamento de VLAN.  
2. Protocolo Spanning Tree (STP): ative o STP/RSTP/MSTP para gerenciar redundância e mitigar loops para confiabilidade da rede.  
3. Roteamento IP: Implemente o roteamento de camada 3 dentro das VLANs para facilitar a intercomunicação de rede. Se os domínios de rede tiverem necessidades de mudança, escolha rotas estáticas ou use OSPF e BGP.  
4. Qualidade de Serviço (QoS): Para melhorar o controle de tráfego, especialmente para voz e vídeo, padrões e políticas de QoS devem ser estabelecidos.  
5. Listas de Controle de Acesso (ACLs): Crie ACLs para controlar o fluxo de informações dentro e fora do sistema, limitando assim violações de informações de acordo com as políticas de segurança definidas.  
6. Segurança de porta: habilite recursos de controle de porta para limitar o uso de uma porta para controlar a alteração de endereços MAC.  
7. Redundância e failover: aumente a confiabilidade implementando agregação de links baseada em LACP, fontes de energia redundantes e múltiplas rotas de energia.  
8. Monitoramento e registro: configure o monitoramento SNMP e o NetFlow ou sFlow para rastrear a atividade do usuário no sistema e defina arquivos de registro para auxiliar na correção de problemas e nas revisões de acompanhamento.  

Proteger switches seguindo esses padrões garante flexibilidade, expansibilidade e infraestrutura de rede com alto desempenho.

Personalizando configurações de interface e porta para switches de camada 3

A configuração personalizada de portas e interfaces em switches de camada 3 inclui a configuração de parâmetros para maximizar o desempenho e garantir a funcionalidade correta da operação de rede. Eles incluem:  

1. Atribuir endereços IP: aloque endereços IP para interfaces definidas para roteamento entre VLANs e facilitação da comunicação dentro da rede.  
2. Configurar VLANs: defina e associe interfaces a VLANs definidas para segmentar efetivamente o tráfego de rede.  
3. Definir modos de porta: conforme a arquitetura da rede exigir, as interfaces podem ser definidas como portas de acesso (dispositivos finais) ou portas de tronco (que transportam tráfego de VLAN de um switch para outro). 
4. Ajuste as velocidades da porta e o duplex: se os dispositivos conectados não negociarem automaticamente, defina manualmente a velocidade da porta e o modo duplex para obter o desempenho ideal.  
5. Habilitar o Spanning Tree Protocol (STP): ative o Spanning Tree Protocol nas portas para remover loops da rede e manter uma topologia confiável.  
6. Aplicar controle de acesso: defina ACLs nas portas para aplicar políticas de segurança específicas e impedir entradas indesejadas.  

Conforme discutido acima, essas configurações simplificarão as atividades de rede, aumentarão a segurança e permitirão maior carga em implantações de switches de camada 3.

Perguntas Frequentes (FAQs)

P: O que é um switch de núcleo e como ele é diferente de um switch padrão?

R: Um switch de núcleo é um switch de rede que funciona principalmente na camada de núcleo da hierarquia de switches de rede. Essa camada serve como a espinha dorsal da circulação de dados na rede. Um switch de núcleo difere de um switch padrão no volume de dados que pode manipular e na largura de banda, bem como em seus recursos de roteamento e QoS, que configuram largura de banda variável para circuitos selecionados. 

P: Quais são as principais diferenças entre um switch central e um switch comum?

R: As principais distinções entre um switch de núcleo e um switch comum são as capacidades dos switches de núcleo (por exemplo, os switches de núcleo atendem a capacidade de dados aprimorada, capacidades de roteamento mais excelentes e maiores provisões de QoS em relação a pacotes de dados). Os switches de núcleo geralmente são colocados no backbone de uma rede, enquanto os switches comuns são encontrados em redes de filiais com serviços de baixa demanda.

P: O que um switch de núcleo faz em uma infraestrutura de rede de núcleo de alta capacidade?

R: Um switch de núcleo faz isso em uma infraestrutura de rede de núcleo de alta capacidade, fornecendo interconexão em larga escala para dados, recursos de largura de banda abundantes e suportando recursos avançados como roteamento complexo e QoS. Isso permite fluxo de dados sustentado e adequado na camada de núcleo da rede.

P: Qual é o papel da camada central na rede?

R: A camada central é o foco de uma arquitetura de rede que enfatiza a velocidade de transmissão de dados e a transferência de dados entre várias partes ou segmentos da rede. Ela garante o roteamento ideal de pacotes de dados e vincula as camadas de agregação e distribuição de uma rede de área.

P: Por que é essencial que uma organização preste atenção à mudança central?

R: As organizações devem se concentrar em switches principais porque eles determinam o desempenho, a confiabilidade e a escalabilidade da infraestrutura de rede. Um switch principal ideal garante serviços, conectividade e outras facilidades sem interrupções para acomodar alto tráfego de dados e crescentes demandas comerciais.

P: O que pode ser dado como exemplo de switches para a camada central?

R: Exemplos de switches para switches gerenciados de camada de núcleo incluem aqueles com recursos completos que oferecem opções avançadas de alta largura de banda, roteamento e mecanismos de QoS. Eles são destinados a grandes redes e gerenciamento de dados.

P: De que maneira os switches principais agregam valor à camada de agregação da rede?

A: Os switches de núcleo agregam valor à camada de agregação da rede ao mesclar efetivamente a saída de várias camadas de distribuição, gerenciar o fluxo de dados e fornecer conectividade rápida entre os vários segmentos de uma rede. Isso melhora a confiabilidade e o desempenho da rede como um todo. 

P: Há alguma outra consideração relacionada à funcionalidade dos switches principais ao projetar o backbone da rede?

R: Ao projetar o backbone da rede, verifique os switches principais para recursos como alto rendimento, roteamento multicamadas, QoS forte para manuseio de tráfego e capacidade considerável de carga de gateway. Essas funções formam a base primária de uma rede principal confiável. 

P: Um switch single-core com grande capacidade pode ser usado para qualquer tipo de rede?

R: Um switch de núcleo de alta capacidade pode atender às necessidades da maioria das redes empresariais, mesmo que redes menores e menos sofisticadas possam não precisar delas. Um modelo mais simples executa de forma confiável e econômica as funções necessárias em tais casos.

Fontes de Referência

1. Um novo design de switch de núcleo DWDM.

• Autor: M. Dai
• Ano de Publicação: 2020
• Resumo: Este artigo explica o design de um switch de núcleo de multiplexação por divisão de comprimento de onda denso (DWDM). A arquitetura do switch de núcleo maximiza a eficiência e o desempenho da óptica da rede. O design do switch proposto foi avaliado por meio de modelagem e simulação, medindo seu desempenho teórico (Dia, 2020).

2. Rede de computadores

3. Interruptor de rede