O que saber antes de escolher entre switches de Layer 2 e Layer 3

Escolher um switch para uma rede corporativa exige muito mais do que verificar a quantidade de portas. Velocidade, VLANs, capacidade de switching, uplinks, redundância, transceivers e recursos de roteamento podem determinar se o equipamento é adequado para a infraestrutura.

Uma das dúvidas mais comuns é a diferença entre switches Layer 2 e Layer 3.

Na prática, porém, os recursos disponíveis variam bastante entre fabricantes, modelos, versões de software e licenças. Por isso, entender apenas a classificação Layer 2 ou Layer 3 não é suficiente para escolher corretamente um switch.

O que significa Layer 2 e Layer 3?

Os termos Layer 2 e Layer 3 fazem referência às camadas do modelo OSI (Open Systems Interconnection).

O modelo OSI é um modelo de referência utilizado para descrever e compreender diferentes funções de comunicação em redes. Ele não substitui o conjunto de protocolos TCP/IP utilizado nas redes modernas.

Para entender switches, duas camadas são especialmente importantes:

• Layer 2 — Data Link: trabalha com frames Ethernet e endereços MAC;
• Layer 3 — Network: trabalha com endereçamento e roteamento IP.

O que é um switch Layer 2?

Um switch Layer 2 encaminha frames Ethernet utilizando principalmente os endereços MAC dos dispositivos conectados.

O switch aprende quais endereços MAC estão associados às suas portas e mantém essas informações em uma tabela, normalmente chamada de MAC Address Table ou tabela CAM.

Quando recebe um frame destinado a um endereço conhecido, o switch pode encaminhá-lo para a porta correspondente.

Dependendo do modelo, um switch Layer 2 também pode oferecer recursos como:

• VLANs;
• 802.1Q trunking;
• Spanning Tree Protocol (STP);
• Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP);
• Link Aggregation / LACP;
• QoS;
• port security;
• gerenciamento;
• monitoramento.

Os recursos exatos dependem do equipamento e de sua versão de software.

O que é um switch Layer 3?

Um switch Layer 3 combina funções de switching Ethernet com capacidade de roteamento IP.

Além de encaminhar tráfego dentro de uma VLAN, ele pode permitir a comunicação entre diferentes redes IP ou VLANs diretamente através do próprio switch.

Dependendo do modelo e do software instalado, podem existir recursos como:

• roteamento estático;
• roteamento entre VLANs;
• OSPF;
• BGP;
• VRRP;
• ACLs;
• ECMP;
• outros protocolos e recursos de roteamento.

O que é VLAN?

VLAN (Virtual Local Area Network) permite criar redes lógicas separadas utilizando a mesma infraestrutura física de switching.

Por exemplo, uma empresa poderia organizar sua rede da seguinte maneira:

Os dispositivos podem estar conectados ao mesmo conjunto de switches físicos e, ainda assim, pertencer a redes lógicas diferentes.

Para transportar múltiplas VLANs entre equipamentos de rede, é comum utilizar 802.1Q VLAN tagging em links trunk.

Intra-VLAN vs inter-VLAN

Essa diferença é fundamental para compreender Layer 2 e Layer 3.

Quando dois equipamentos estão na mesma VLAN e rede IP, a comunicação normalmente ocorre através de switching Layer 2.

Quando dispositivos pertencem a VLANs e redes IP diferentes, é necessário algum dispositivo Layer 3 para realizar o roteamento entre essas redes.

Esse roteamento pode ser realizado por um switch Layer 3, roteador, firewall ou outra plataforma com capacidade de roteamento.

Layer 2 vs Layer 3: principais diferenças

* Os recursos disponíveis dependem do modelo, firmware, sistema operacional e licenciamento. Existem também switches comercializados como Layer 2+, Layer 3 Lite ou classificações semelhantes.

Um switch Layer 3 substitui um roteador ou firewall?

Não necessariamente.

Um switch Layer 3 pode realizar roteamento interno entre redes e VLANs em alta velocidade, mas isso não significa que ele ofereça todas as funções encontradas em roteadores e firewalls.

Dependendo da infraestrutura, ainda podem ser necessários equipamentos específicos para:

• acesso à Internet;
• WAN;
• NAT;
• VPN;
• firewall e inspeção de tráfego;
• SD-WAN;
• políticas avançadas de segurança;
• conectividade com operadoras.

Em muitas redes corporativas, o switch Layer 3 realiza o roteamento interno enquanto um firewall ou roteador controla a comunicação externa.

Quando escolher um switch Layer 2?

Um switch Layer 2 pode ser suficiente quando o objetivo principal é fornecer conectividade Ethernet e segmentação por VLAN, enquanto o roteamento é realizado por outro equipamento.

Exemplos:

• switches de acesso;
• redes com roteamento centralizado;
• expansão de portas;
• conectividade de servidores dentro da mesma arquitetura de VLAN;
• ambientes em que firewall ou core switch realiza o roteamento.

Quando escolher um switch Layer 3?

Um switch Layer 3 é especialmente interessante quando existe necessidade de roteamento diretamente na infraestrutura de switching.

Exemplos:

• roteamento entre VLANs;
• redes com múltiplas sub-redes;
• core ou distribuição;
• data centers;
• ambientes que precisam de roteamento interno de alto desempenho;
• topologias que utilizam protocolos de roteamento dinâmico.

1GbE, 10GbE, 25GbE, 40GbE ou 100GbE?

Depois de definir os recursos de rede necessários, é preciso determinar a velocidade das interfaces.

Em ambientes enterprise é comum encontrar switches com:

• 1GbE — acesso e aplicações de menor largura de banda;
• 10GbE — amplamente utilizado em servidores e storages;
• 25GbE — maior densidade de largura de banda por lane em plataformas modernas;
• 40GbE — muito utilizado em uplinks e gerações anteriores de data center;
• 100GbE — redes de alta capacidade, uplinks, backbone e data centers.

A escolha deve considerar não apenas a velocidade atual dos servidores, mas também uplinks, oversubscription, crescimento da infraestrutura e arquitetura da rede.

SFP, SFP+, SFP28, QSFP+ e QSFP28

Comprar o switch é apenas parte da solução.

Equipamentos com interfaces ópticas ou de alta velocidade podem exigir transceivers, cabos DAC ou outros componentes compatíveis.

Também é necessário verificar tipo de fibra, comprimento de onda, distância, velocidade, breakout, compatibilidade do transceiver e suporte do equipamento.

Switching capacity e forwarding rate

A quantidade e a velocidade das portas não são as únicas especificações de desempenho de um switch.

Duas métricas importantes são:

Switching capacity ou capacidade de switching: representa a capacidade agregada da arquitetura de switching do equipamento, normalmente expressa em Gbps ou Tbps.

Forwarding rate: representa a quantidade de pacotes que o equipamento consegue encaminhar por segundo, normalmente expressa em Mpps ou Bpps.

Em redes de alto desempenho, essas características devem ser verificadas juntamente com a quantidade e velocidade das portas.

Stacking, LACP e redundância

Recursos de redundância também podem ser importantes em ambientes corporativos.

Stacking permite que determinados modelos sejam interconectados e administrados de maneira integrada, dependendo da arquitetura do fabricante.

LACP (Link Aggregation Control Protocol) permite agregar múltiplos links físicos em uma interface lógica, aumentando capacidade e/ou redundância conforme a configuração.

Além disso, switches enterprise podem oferecer:

• fontes redundantes;
• ventiladores substituíveis;
• módulos de expansão;
• uplinks redundantes;
• MLAG, VLT, vPC ou tecnologias equivalentes, dependendo do fabricante.

Airflow também importa

Em switches destinados a data centers, o sentido do fluxo de ar pode ser uma especificação importante.

Dependendo do modelo, podem existir versões com airflow:

• front-to-back;
• back-to-front.

O objetivo é manter o fluxo térmico compatível com a organização dos corredores frio e quente do data center.

Um switch tecnicamente correto em portas e desempenho pode ser inadequado para determinado rack se possuir direção de airflow incompatível com o restante da infraestrutura.

Switch enterprise usado pode ser uma boa opção?

Sim, principalmente quando o workload não exige obrigatoriamente a geração mais recente.

Switches enterprise usados podem oferecer recursos como:

• grande quantidade de portas;
• 10GbE, 25GbE, 40GbE ou 100GbE;
• Layer 3;
• fontes redundantes;
• stacking;
• LACP;
• uplinks de alta velocidade;
• recursos de gerenciamento e monitoramento.

Entretanto, a avaliação não deve se limitar ao preço.

É importante verificar:

• procedência;
• estado físico;
• funcionamento das portas;
• fontes;
• ventiladores;
• firmware;
• licenciamento;
• airflow;
• compatibilidade com transceivers e DACs;
• recursos efetivamente habilitados.

Checklist: como escolher um switch

Antes de escolher um switch para servidores, storage ou infraestrutura corporativa, verifique:

Afinal, Layer 2 ou Layer 3?

Se a função principal do switch é fornecer conectividade dentro das VLANs e o roteamento já é realizado por outro equipamento, um switch Layer 2 pode ser suficiente.

Se a infraestrutura precisa realizar roteamento entre VLANs ou redes diretamente no switch, um Layer 3 pode ser a escolha mais adequada.

Mas Layer 2 ou Layer 3 é apenas uma parte da especificação.

A escolha correta deve considerar a arquitetura completa da rede e não apenas uma característica isolada do equipamento.