M2 · Switching e LAN

Comutação Ethernet LAN — Parte 1

O que é

A comutação Ethernet (Ethernet LAN switching) é o processo pelo qual um switch encaminha quadros (frames) entre dispositivos dentro de uma mesma rede local. Diferente do roteador, que conecta redes distintas, o switch opera na Camada 2 do modelo OSI e usa endereços MAC para decidir para qual porta deve enviar cada quadro.

Um endereço MAC (Media Access Control) é o identificador físico de 48 bits gravado em toda interface de rede no momento de sua fabricação. Por isso também é chamado de BIA — Burned-In Address. Ele é escrito como 12 dígitos hexadecimais (ex.: AABB.CC00.0001) e é globalmente único: nenhum outro dispositivo no mundo deve ter o mesmo endereço.

Os primeiros 24 bits do endereço MAC formam o OUI (Organizationally Unique Identifier), que identifica o fabricante. Os últimos 24 bits identificam o dispositivo específico dentro daquele fabricante.

Como funciona

Estrutura do frame Ethernet

Antes de entender como o switch toma decisões, é preciso conhecer o que há dentro de um frame Ethernet:

CampoTamanhoFunção
Preamble7 bytesSincroniza o clock do receptor (padrão 10101010 repetido)
SFD (Start Frame Delimiter)1 byteIndica o fim do preâmbulo (10101011)
Endereço de destino6 bytesMAC do dispositivo que deve receber o frame
Endereço de origem6 bytesMAC do dispositivo que enviou o frame
Tipo / Comprimento2 bytesIdentifica o protocolo L3 (ex.: 0x0800 = IPv4, 0x86DD = IPv6) ou o tamanho do payload
Payload (dados)variávelPacote IP encapsulado
FCS (Frame Check Sequence)4 bytesCRC para detecção de erros de transmissão

O FCS usa o algoritmo CRC (Cyclic Redundancy Check) para verificar se o frame chegou corrompido. Se houver erro, o frame é descartado.

A tabela MAC (CAM table)

O coração da comutação é a tabela MAC, também chamada de CAM table (Content Addressable Memory). Ela mapeia cada endereço MAC à porta do switch onde aquele dispositivo está acessível.

O switch não precisa de configuração manual para montar essa tabela: ele aprende sozinho, de forma dinâmica, observando o campo de origem de cada frame que chega.

Processo de aprendizado:

  1. O switch recebe um frame em uma porta.
  2. Ele lê o endereço MAC de origem do frame.
  3. Associa esse MAC à porta pela qual o frame chegou e registra na tabela.
  4. Em seguida, verifica o endereço MAC de destino para decidir o que fazer com o frame.

Flooding, Forwarding e Filtering

Com base na tabela MAC, o switch executa uma de três ações:

  • Flooding — O MAC de destino não está na tabela (frame unicast desconhecido). O switch envia o frame por todas as portas, exceto a porta de entrada. Todos os dispositivos recebem o frame, mas somente aquele com o MAC correspondente o processa; os demais descartam.
  • Forwarding — O MAC de destino está na tabela (frame unicast conhecido). O switch envia o frame somente pela porta correta, de forma eficiente.
  • Filtering — O MAC de destino está na mesma porta de onde o frame chegou. O switch descarta o frame, pois o dispositivo de destino está no mesmo segmento e não precisa atravessar o switch.

Aging time

Endereços MAC aprendidos dinamicamente têm uma vida útil: em switches Cisco, 5 minutos sem atividade fazem o switch remover o MAC da tabela. Quando o dispositivo voltar a transmitir, o switch o aprende novamente.

Na prática

Imagine uma empresa em São Paulo com três computadores (PC-SP1, PC-SP2, PC-SP3) conectados a um switch:

  1. PC-SP1 quer enviar um arquivo para PC-SP2.
  2. O switch recebe o frame e aprende o MAC de PC-SP1 na porta Fa0/1.
  3. O MAC de PC-SP2 ainda não está na tabela → flooding: o frame vai para Fa0/2 e Fa0/3.
  4. PC-SP3 descarta o frame (MAC de destino não é o dele).
  5. PC-SP2 responde. O switch aprende o MAC de PC-SP2 na porta Fa0/2.
  6. Na próxima comunicação entre PC-SP1 e PC-SP2, o switch já conhece os dois MACs → forwarding direto, sem flooding.

Quando há dois switches em cascata (como entre andares de um prédio), o mesmo processo se repete em cada switch. Cada um aprende independentemente qual porta usar para chegar a cada MAC, mesmo que o dispositivo não esteja diretamente conectado a ele.

Por que cai no exame

Este tema aparece com frequência nas questões do CCNA 200-301 porque testa a compreensão de como a Camada 2 realmente funciona. Os examinadores costumam explorar:

  • Qual campo do frame Ethernet o switch usa para popular a tabela MAC? → Endereço de origem (não destino).
  • O que o switch faz com um unicast desconhecido? → Flooding por todas as portas, exceto a de entrada.
  • Qual é o tamanho do endereço MAC? → 48 bits (cuidado com a pegadinha: 48 bits, não bytes).
  • Qual campo fornece sincronização de clock? → Preamble (não o SFD).
  • Qual campo detecta erros de transmissão? → FCS com algoritmo CRC.
  • O que é OUI? → Primeiros 24 bits do MAC, identifica o fabricante.

Dominar flooding × forwarding × filtering e o funcionamento da CAM table é essencial para acertar questões de simulação de rede no exame.

Resumo em uma linha

O switch aprende endereços MAC pelo campo de origem dos frames e usa essa tabela para encaminhar diretamente (forwarding) ou inundar todas as portas (flooding) quando o destino é desconhecido.

Aprendizado de MACs — Comutação Ethernet Como o switch constrói sua tabela MAC (CAM table) ① Frame chega ao switch PC-A AA:00:01 frame SW1 Fa0/1 Fa0/2 Fa0/3 Frame recebido na porta Fa0/1: SRC: AA:00:01 DST: AA:00:02 → Switch lê o campo SRC para aprender ② MAC registrado na tabela Tabela MAC (CAM Table) MAC Address Porta AA:00:01 Fa0/1 ← novo AA:00:02 → ? DST desconhecido Aging: 5 min de inatividade remove o MAC ③ DST desconhecido → Flooding SW1 PC-B PC-C flood Unicast Desconhecido: → Forward p/ TODAS as portas exceto a porta de origem PC-B aceita · PC-C descarta ④ Resposta → MAC aprendido → Forwarding PC-B AA:00:02 SW1 PC-A Tabela MAC atualizada MAC Address Porta AA:00:01 Fa0/1 AA:00:02 Fa0/2 ← novo Próximo frame PC-A↔PC-B: forwarding direto (sem flood) Resumo das ações do switch FLOODING DST não está na tabela MAC → envia por todas as portas exceto a origem FORWARDING DST está na tabela MAC → envia somente pela porta correta FILTERING DST na mesma porta da origem → frame descartado (não reencaminhado) fsudo.com — Curso CCNA Gratuito — M2 · Comutação Ethernet

Lab — Comutação Ethernet LAN (Parte 1)

CCNA 200-301 · Módulo M2 · fsudo.com
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Etapa 1 — Analisar a tabela MAC e prever o comportamento
Leia o estado atual da tabela MAC do SW1 e responda cada pergunta.
PC-A
AA:AA:AA:00:00:01
Fa0/1
SW1
Switch
PC-B
AA:AA:AA:00:00:02
Fa0/2
PC-C
AA:AA:AA:00:00:03
Fa0/3

Tabela MAC atual do SW1

MAC AddressPortaTipoVLAN
AA:AA:AA:00:00:01Fa0/1DYNAMIC1
AA:AA:AA:00:00:03Fa0/3DYNAMIC1

❶ PC-A envia um frame com destino AA:AA:AA:00:00:02 (PC-B). O que o switch fará?

❷ PC-C (Fa0/3) envia um frame para PC-A (Fa0/1). O que o switch fará com o frame de PC-C→PC-A?

❸ PC-A envia um frame cujo destino MAC é AA:AA:AA:00:00:01 (o próprio PC-A). O que acontece?

Etapa 2 — Verificar a tabela MAC via CLI
Use o terminal simulado para inspecionar e entender a tabela MAC do switch.
Contexto: Você está conectado ao SW1 via console. PC-A e PC-C já transmitiram frames. Execute os comandos abaixo para verificar a tabela MAC.

Comandos disponíveis neste terminal:
show mac address-table  ·  show mac address-table dynamic  ·  show mac address-table count  ·  clear mac address-table dynamic  ·  show version  ·  enable  ·  help
SW1>

Após executar show mac address-table, responda: quantas entradas dinâmicas existem na tabela?

Etapa 3 — Limpar tabela e observar o flooding
Entenda o que acontece quando a tabela MAC é zerada e um frame é enviado.
Cenário: Você limpará a tabela MAC com clear mac address-table dynamic. Depois, PC-A enviará um frame para PC-B. Observe o comportamento do switch e responda as perguntas.
SW1#

❶ Após clear mac address-table dynamic, PC-A envia um frame para PC-B. Quais portas recebem o frame?

❷ Qual é o efeito colateral do flooding em redes grandes com muitos dispositivos desconhecidos?

❸ Qual é o aging time padrão para entradas dinâmicas na tabela MAC em switches Cisco?

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