Comutação de Tramas 802.3

    Se os conceitos aplicados nas pontes inteligentes forem transportados para dispositivos com mais de duas portas temos uma verdadeira comutação de tramas. Estes dispositivos são normalmente conhecidos por comutadores (“switches”).

    Tal como as pontes os comutadores constróem tabelas que associam endereços físicos a cada uma das portas, quando uma trama é recebida o seu endereço de destino é analisado e a trama é enviada para a porta correcta.

    Como se pode calcular, este tipo de dispositivo é bastante dispendioso devido à sofisticação e velocidade necessária para a sua lógica interna, normalmente dispõem de um ou mais processadores RISC (“Reduced Instruction Set Computer”).

    O grande problema dos comutadores é o seu custo, no entanto nos últimos anos tem vindo a assistir-se a um abaixamento de preços que está a levar à generalização deste tipo de equipamento.

    Este abaixamento de custo funcionou como uma lufada de ar fresco para os MACs em geral, mas foi notório no caso das redes 802.3. O método de acesso CSMA/CD estava a revelar-se cada vez mais limitativo, mesmo a 100 Mbit/s era difícil obter resultados efectivos superiores a 30 Mbit/s. Os comutadores, em certas condições permitem a eliminação completa do CSMA/CD das redes 802.3.

    Novamente a capacidade de comutação de tramas é fundamental, para uma rede 802.3 a 10 Mbit/s deverá ser de 14.880 tramas por segundo por cada par de portas. Outro aspecto a ter em conta é o débito interno do comutador que deve suportar o somatório das taxas de transmissão das suas portas.

    Um comutador pode funcionar de dois modos:

• “Store & Forward”, idêntico ao modo de funcionamento das pontes, uma trama é totalmente lida antes de se dar inicio à sua transmissão na porta de destino.
• “Cut-Through”, após a leitura do endereço de destino inicia-se imediatamente a transmissão da trama.

    O modo “Cut-Through” tira partido do facto de o endereço de destino se encontrar no inicio da trama, deste modo o atraso produzido é reduzido ao mínimo.

    Os primeiros comutadores a surgirem no mercado com preços razoáveis utilizavam exclusivamente a técnica “Cut-Through” e recorriam a processadores e circuitos especializados ASIC (“Application Specific Integrated Circuit”).

    A utilização do modo “Cut-Through” tem contudo várias desvantagens:

• Não separa domínios de colisão 802.3, as colisões são propagadas a todas as portas pois não há capacidade de armazenamento de tramas.
• Retransmite erros, como para determinar se existe um erro é necessário ler toda a trama, neste modo de funcionamento os comutadores propagam as tramas com erros.
• Não permite a comutação entre portas de diferentes taxas de transmissão, por exemplo 10baseT, 100baseT e 1000baseSX. Não é possível estar simultaneamente a receber e a emitir a mesma "trama" a taxas diferentes.

    A vantagem do baixo custo dos comutadores “Cut-Through” relativamente aos “Store & Forward” tem-se diluído rapidamente devido à generalização dos processadores RISC. Apesar deste facto a utilização do modo “Cut-Through” continua devido ao peso que o baixo tempo de transito das tramas tem sobre alguns protocolos dos níveis superiores que não utilizam protocolos de janela deslizante.

    Existem mesmo comutadores Ethernet 10/100 (portas a 10 Mbit/s e portas a 100 Mbit/s) que seleccionam automaticamente o modo de funcionamento conforme se trate de uma comutação entre portas da mesma taxa ou não.

Transmissão “Full-Duplex” em redes locais

    Numa porta de um comutador podem ser ligados um ou vários nós, no segundo caso continua a existir a possibilidade de surgirem colisões.

    Quando existe apenas um nó ligado a uma porta do comutador, tratando-se de um dispositivo “Store & Forward” a única possibilidade de colisão é a emissão simultânea de uma trama pelo comutador e pelo nó, como nas cablagens de par entrançado são utilizadas linhas distintas para a emissão e recepção (exclua-se o 100baseT4) a ocorrência de colisões é completamente excluída.

    Uma vez que não existem colisões e nem sequer a necessidade de esperar que o meio físico esteja livre, a função de acesso ao meio do MAC é completamente inútil (já não é necessário proceder ao “listen while talk”).

    Nestas circunstancias temos uma ligação capaz de funcionar em “full-duplex” podendo circular dados simultaneamente nos dois sentidos à taxa característica da rede. Atinge-se assim débitos totais para cada ligação iguais ao dobro do débito habitual, por exemplo no caso do 802.3 respectivamente 20 Mbit/s e 200 Mbit/s.

    A capacidade de funcionar em modo “full-duplex” não é um dado garantido à partida, tanto o comutador como a interface usada no nó devem ter essa capacidade. A entrada em modo “full-duplex” é negociada (“Auto-Negociation Sheme” ou “Nway”) entre os dois intervenientes e se aceite implica a anulação total do protocolo de acesso ao meio. Algumas interfaces de rede 10baseT que suportam “full-duplex” necessitam de ser colocadas explicitamente nesse modo pois não suportam o mecanismo de negociação automática.

    Todas estas possibilidades forneceram às redes 802.3 um novo impulso sendo, pelo menos até à chegada do ATM às redes locais, uma das melhores opções para “collapsed backbone”

    O “backbone” (Espinha dorsal) é um segmento de rede de alta velocidade onde são ligados os servidores e outras redes. Até à bem pouco tempo a tecnologia mais usada era o FDDI. Actualmente a utilização de um comutador começa a revelar-se mais eficaz para um número de nós não muito elevado e pouco dispersos. Como o “backbone” fica reduzido a uma caixa (Comutador) esta técnica é conhecida por “lan-in-a-box” ou “collapsed backbone”.

    Existem actualmente muitos fabricantes a fornecer comutadores com portas Fast Ethernet e Gigabit Ethernet constuindo mais uma possibilidade de evolução para os "backbones".

Capacidade de um comutador 802.3

    As capacidades de um comutador são extremamente importantes, trata-se de dispositivos dispendiosos que devem estar correctamente adaptados à situação em que vão operar.

    Além do número máximo de entradas nas tabelas de encaminhamento que deve ser superior ao número total de nós da rede, temos de considerar a capacidade interna de comutação, ou seja o número de "tramas" que o dispositivo é capaz de encaminhar por unidade de tempo.

    Numa rede 802.3 a 10 Mbit/s a taxa máxima de chegada de tramas é de 14.880 tramas por segundo (trata-se da situação menos favoravel com tramas de 64 bytes).

    A capacidade de comutação ("full-duplex" a 10 Mbit/s) deve ser superior a n x 14.880 tramas/seg, onde n representa o número de portas.

    Em comutadores com portas de diferentes velocidades basta fazer as contas: por cada porta a 100 Mbit/s 148.800 tramas/s, por cada porta a 1 Gbit/s 1.488.000 tramas/s.

    É importante também saber o que o comutador faz quando não tem capacidade de comutação suficiente: armazena as tramas (capacidade de armazenamento) ou ignora as tramas.

    Outro parâmetro importante é o débito total do comutador, trata-se da taxa de transmissão do(s) barramento(s) interno(s) do comutador, expressa em bit/s.