Qual é a diferença entre switches industriais de Camada 2 e Camada 3?

A principal diferença entre os switches industriais de Camada 2 (L2) e Camada 3 (L3) está em suas funções e capacidades de rede, especialmente na forma como eles lidam com transmissão de dados, roteamento e segmentação de rede. Compreender essas diferenças é crucial ao projetar ou manter uma rede industrial, pois a seleção do tipo de switch apropriado pode impactar significativamente o desempenho, a segurança e a escalabilidade da rede. Aqui está uma descrição detalhada das principais diferenças entre os switches industriais de Camada 2 e Camada 3:

1. Modelo de rede e camadas OSI

Os switches da Camada 2 e da Camada 3 operam com base no modelo Open Systems Interconnection (OSI), mas funcionam em camadas diferentes:

Switches da Camada 2 (Camada de Enlace de Dados):

--- Operar na Camada 2 do modelo OSI (a Camada de Enlace de Dados).

--- Eles encaminham dados com base em endereços MAC.

--- Função primária: Switching, que significa encaminhar pacotes dentro de uma rede local (ou seja, dentro do mesmo domínio de transmissão).

--- Usado para conectar dispositivos como computadores, sensores e equipamentos industriais na mesma VLAN ou sub-rede.

Switches da camada 3 (camada de rede):

--- Operar na Camada 3 do modelo OSI (a Camada de Rede).

--- Encaminha dados com base em endereços IP, além de endereços MAC.

--- Função primária: Roteamento entre diferentes VLANs ou sub-redes, bem como comutação dentro da mesma sub-rede.

--- Eles combinam os recursos de um roteador (roteamento IP) com um switch (comutação de endereço MAC).

2. Funcionalidade e casos de uso

Switches Industriais de Camada 2:

--- Troca: Os switches L2 lidam apenas com o tráfego dentro do mesmo segmento de rede ou domínio de transmissão (ou seja, mesma VLAN ou sub-rede). Eles encaminham quadros com base em endereços MAC armazenados em sua tabela de endereços MAC. Quando um quadro é recebido, o switch verifica o endereço MAC de destino e o encaminha para a porta correta.

--- Caso de uso: Os switches L2 são ideais para redes simples onde todos os dispositivos fazem parte da mesma VLAN ou sub-rede, como em pequenas configurações industriais onde não há necessidade de rotear o tráfego entre redes diferentes. Eles são usados principalmente para agregar tráfego em redes locais (LANs).

--- Exemplo: Em uma fábrica, um switch L2 pode conectar diversas máquinas em uma linha de produção que fazem parte da mesma VLAN. Ele encaminha dados com eficiência entre essas máquinas com base em seus endereços MAC, permitindo que elas se comuniquem sem a necessidade de roteamento.

--- Limitações: Os switches L2 não podem rotear dados entre diferentes VLANs ou sub-redes. Se várias VLANs estiverem presentes na rede, será necessário um roteador ou switch de Camada 3 para facilitar a comunicação entre elas.

Switches Industriais de Camada 3:

--- Comutação e roteamento: Os switches L3 podem realizar comutação (encaminhamento baseado em endereços MAC dentro da mesma VLAN ou sub-rede) e roteamento (encaminhamento baseado em endereços IP entre diferentes VLANs ou sub-redes). Eles possuem tabelas de roteamento e podem tomar decisões sobre o melhor caminho para enviar pacotes entre diferentes redes, de forma semelhante a um roteador.

--- Caso de uso: Os switches L3 são usados em redes industriais complexas ou grandes onde existem múltiplas VLANs ou sub-redes, e o tráfego precisa ser roteado entre esses segmentos. Eles são ideais para ambientes onde você precisa de comunicação de rede local e da capacidade de encaminhar tráfego entre diferentes segmentos da rede.

--- Exemplo: Em uma grande instalação industrial com vários departamentos (por exemplo, produção, controle de qualidade e administração), cada departamento pode estar em uma VLAN diferente. Um switch de Camada 3 permite a comunicação entre essas VLANs roteando o tráfego na camada de rede.

Vantagens:

--- Roteamento entre VLANs: Os switches L3 podem rotear o tráfego entre diferentes VLANs sem a necessidade de um roteador externo, reduzindo a latência e simplificando o projeto da rede.

--- Segmentação de rede: Eles fornecem melhor segmentação e segurança de rede, isolando o tráfego entre diferentes segmentos de rede.

--- Desempenho: Os switches L3 geralmente executam o roteamento mais rapidamente do que os roteadores tradicionais porque realizam comutação e roteamento em hardware (em vez de software), melhorando o rendimento e reduzindo atrasos na rede.

3. Endereço MAC versus encaminhamento de endereço IP

Switches de Camada 2:

--- Use endereços MAC para encaminhar quadros. Cada porta do switch aprende os endereços MAC dos dispositivos conectados a ela e usa essas informações para encaminhar quadros para o dispositivo apropriado.

--- As decisões de encaminhamento são tomadas com base no cabeçalho da Camada 2, que inclui os endereços MAC dos dispositivos de origem e destino.

Switches da Camada 3:

--- Use endereços MAC para alternar dentro de uma VLAN e endereços IP para roteamento entre diferentes VLANs ou sub-redes.

--- Os switches L3 examinam o cabeçalho da Camada 3 (IP) para tomar decisões de encaminhamento entre diferentes sub-redes, como um roteador.

--- Eles mantêm tabelas de roteamento para determinar o melhor caminho para encaminhamento de pacotes com base no destino IP.

4. Suporte VLAN e roteamento entre VLANs

Switches de Camada 2:

--- Suporta VLANs (Virtual Local Area Networks), permitindo a segmentação da rede separando o tráfego em diferentes VLANs.

--- No entanto, os switches L2 não podem realizar roteamento entre VLANs. Para permitir a comunicação entre diferentes VLANs, você precisa de um roteador externo ou de um switch de Camada 3 para rotear o tráfego.

Switches da Camada 3:

--- Pode não apenas lidar com VLANs, mas também fornecer roteamento entre VLANs, o que permite que dispositivos em VLANs diferentes se comuniquem entre si.

--- Isso reduz a necessidade de um roteador separado, simplificando a arquitetura da rede e reduzindo a latência, já que o roteamento é feito internamente pelo switch.

--- Exemplo: Os dispositivos na VLAN 10 e na VLAN 20 podem se comunicar entre si por meio do switch de Camada 3, sem precisar de um roteador externo.

5. Escalabilidade e Design de Rede

Switches de Camada 2:

--- Ideal para projetos de rede plana, onde todos os dispositivos fazem parte de uma única VLAN ou sub-rede.

--- Eles são usados em redes menores e localizadas ou como switches de acesso em redes maiores.

--- Limitados em escalabilidade, pois não podem rotear o tráfego entre diferentes sub-redes ou VLANs.

Switches da Camada 3:

--- Adequado para projetos de rede hierárquicos ou complexos que exigem roteamento entre várias VLANs ou sub-redes.

--- Fornecem mais escalabilidade, pois permitem a segmentação da rede em diferentes domínios de transmissão, melhorando o desempenho, a segurança e o gerenciamento.

--- Frequentemente usados como switches centrais em redes industriais, lidando com tráfego local e roteamento entre diferentes segmentos de rede.

6. Segurança e Controle

Switches de Camada 2:

--- Limitado em termos de recursos de segurança em comparação com switches de Camada 3. Eles dependem principalmente de filtragem baseada em MAC e segmentação de VLAN para controlar o tráfego.

Switches da Camada 3:

--- Oferece recursos de segurança mais avançados, incluindo a capacidade de controlar o tráfego com base em endereços IP.

--- Suporta Listas de Controle de Acesso (ACLs), que podem filtrar o tráfego no nível da Camada 3 (por exemplo, com base em endereços IP, protocolos, portas).

--- Isso dá aos administradores de rede um controle mais granular sobre quais dispositivos e usuários podem acessar diferentes partes da rede.

7. Considerações de desempenho

Switches de Camada 2:

--- Normalmente fornecem comutação de alta velocidade na camada de enlace de dados, tornando-os eficientes para lidar com o tráfego local dentro da mesma VLAN.

--- Se o roteamento for necessário, o tráfego deverá passar por um roteador externo, causando potencialmente latência adicional.

Switches da Camada 3:

--- Oferece recursos de comutação e roteamento de alta velocidade.

--- O roteamento é feito em velocidades de hardware (usando ASICs – Circuitos Integrados de Aplicação Específica), que geralmente são mais rápidos do que roteadores tradicionais que executam roteamento em nível de software.

--- Isso melhora o desempenho ao rotear entre diferentes VLANs ou sub-redes em grandes redes industriais.

8. Diferenças de custos

Switches de Camada 2:

--- Mais baratos em comparação com switches de Camada 3, tornando-os adequados para redes pequenas ou casos de uso específicos onde o roteamento não é necessário.

Switches da Camada 3:

--- Geralmente mais caros devido aos seus recursos avançados de roteamento, mas oferecem melhor valor a longo prazo em redes industriais complexas e de grande escala, onde o roteamento entre VLANs e recursos avançados são necessários.

Conclusão

Em resumo, a principal diferença entre os switches industriais de Camada 2 e Camada 3 é a capacidade de rotear o tráfego entre diferentes redes:

--- Os switches da Camada 2 operam na Camada de Enlace de Dados, com foco na comutação de dados dentro da mesma rede usando endereços MAC. Eles são ideais para redes simples ou localizadas onde os dispositivos estão na mesma VLAN ou sub-rede.

--- Os switches da camada 3 operam tanto na camada de enlace de dados quanto na camada de rede, capazes de alternar dentro de uma rede e rotear entre diferentes VLANs ou sub-redes usando endereços IP. Eles são adequados para redes mais complexas que exigem recursos de comutação e roteamento, tornando-os ideais para grandes ambientes industriais que necessitam de escalabilidade, segurança e gerenciamento eficiente do tráfego de dados.

A seleção entre switches de Camada 2 e Camada 3 depende do tamanho, da complexidade e dos requisitos específicos da sua rede industrial.