Cisco CCNAv7 - A tabela MAC e o encaminhamento de quadros

Introdução

O switch é o dispositivo central das redes locais. A grande diferença dele para o hub é que ele não repete tudo para todos: ele aprende onde cada dispositivo está e envia os quadros apenas para o destino certo. Neste post, você vai ver como isso funciona, passo a passo.

O que é a tabela MAC?

A tabela MAC (também chamada de tabela de endereços MAC, CAM table ou tabela de encaminhamento) é uma lista mantida pelo switch que associa:

endereço MAC ⇄ porta do switch

Ela é guardada na memória do switch e consultada a cada quadro recebido.

Endereço MAC	Porta
AAAA.AAAA.AAAA	Fa0/1
BBBB.BBBB.BBBB	Fa0/2
CCCC.CCCC.CCCC	Fa0/3

Note

O switch não precisa ser configurado para isso. A tabela é montada automaticamente, a partir do tráfego que passa por ele.

As duas etapas: aprender e encaminhar

Para cada quadro que chega a uma porta, o switch faz duas coisas:

flowchart TB
  A["Quadro chega<br/>em uma porta"] --> B["Aprender<br/>MAC de origem + porta"] --> C{"MAC de destino<br/>está na tabela?"}
  C -->|"Sim"| D["Encaminhar<br/>só pela porta do destino"]
  C -->|"Não ou broadcast"| E["Inundar<br/>por todas as portas, menos a de entrada"]

Etapa 1: aprender (olhando o MAC de origem)

O switch lê o MAC de origem do quadro e o associa à porta pela qual o quadro chegou.

Situação	O que o switch faz
MAC de origem ainda não está na tabela	Adiciona a entrada (MAC + porta)
MAC de origem já está na tabela, na mesma porta	Renova o tempo da entrada
MAC de origem já está, mas em outra porta	Atualiza a entrada (o dispositivo mudou de lugar)

Dica

O switch aprende apenas pelo MAC de origem. Ele nunca aprende pelo destino, e o endereço de broadcast nunca aparece como origem, então nunca entra na tabela.

Etapa 2: encaminhar (olhando o MAC de destino)

Situação do MAC de destino	Ação	Nome
Unicast conhecido (está na tabela)	Envia o quadro somente pela porta do destino	Encaminhar (forward)
Unicast desconhecido (não está na tabela)	Envia o quadro por todas as portas, exceto a de entrada	Inundar (flood)
Broadcast ou, em geral, multicast	Envia por todas as portas, exceto a de entrada	Inundar
Destino na mesma porta de onde o quadro veio	Descarta o quadro	Filtrar (filter)

Exemplo passo a passo

Cenário: o switch S1 tem três PCs. A tabela está vazia.

flowchart TB
  S["Switch S1"] ---|"Fa0/1"| A["PC A<br/>MAC A"]
  S ---|"Fa0/2"| B["PC B<br/>MAC B"]
  S ---|"Fa0/3"| C["PC C<br/>MAC C"]

Passo	Quadro	Aprende	Decisão
1	A envia para B	MAC A → Fa0/1	B é desconhecido: inunda por Fa0/2 e Fa0/3
2	B responde para A	MAC B → Fa0/2	A é conhecido: encaminha só por Fa0/1
3	C envia para A	MAC C → Fa0/3	A é conhecido: encaminha só por Fa0/1
4	A envia para C	(A já conhecido)	C é conhecido: encaminha só por Fa0/3

Tabela MAC ao final:

MAC	Porta
MAC A	Fa0/1
MAC B	Fa0/2
MAC C	Fa0/3

Depois do passo 2, a comunicação entre A e B passa a ser direta, sem incomodar o PC C.

Note

Na prática, antes do primeiro quadro de dados, o PC A envia uma requisição ARP em broadcast para descobrir o MAC de B. Esse broadcast também faz o switch aprender o MAC de A e é inundado por todas as portas. Você verá o ARP no próximo módulo de resolução de endereços.

Envelhecimento das entradas

As entradas dinâmicas não ficam para sempre. Se um dispositivo fica em silêncio, a entrada é removida depois de um tempo, chamado de tempo de envelhecimento (aging time). Nos switches Cisco, o padrão é 300 segundos (5 minutos).

Evento	Efeito na tabela
O dispositivo envia um quadro	A entrada é renovada
Passam 300 s sem quadros	A entrada é removida
O cabo é movido para outra porta	A entrada é atualizada quando o dispositivo transmitir

Isso evita que a tabela cresça com dispositivos que já saíram da rede.

Comandos de verificação

Switch#show mac address-table
Switch#show mac address-table dynamic
Switch#show mac address-table aging-time
Switch#clear mac address-table dynamic

Comando	Para que serve
show mac address-table	Mostra toda a tabela
show mac address-table dynamic	Mostra só as entradas aprendidas
show mac address-table aging-time	Mostra o tempo de envelhecimento (em equipamento real)
clear mac address-table dynamic	Apaga as entradas dinâmicas

Note

Em versões mais antigas do IOS, o comando é escrito com hífen: show mac-address-table. Se um der erro, teste o outro.

O Packet Tracer não implementa todos os subcomandos. Em especial, o show mac address-table aging-time (com ou sem hífen) costuma retornar % Invalid input detected. Ele funciona em switches reais. No simulador, use os demais comandos da tabela.

A saída tem esta forma:

          Mac Address Table
-------------------------------------------
Vlan    Mac Address       Type        Ports
----    -----------       --------    -----
   1    0001.4a2b.1c3d    DYNAMIC     Fa0/1
   1    0002.5b3c.2d4e    DYNAMIC     Fa0/2
Total Mac Addresses for this criterion: 2

Coluna	Significado
Vlan	A VLAN em que o MAC foi aprendido (por padrão, a 1)
Mac Address	O endereço MAC aprendido
Type	DYNAMIC (aprendido) ou STATIC (configurado)
Ports	A porta associada

Entrada estática

Também é possível cadastrar uma entrada manualmente:

Switch(config)#mac address-table static 0001.4a2b.1c3d vlan 1 interface fastEthernet 0/1

Entradas estáticas não envelhecem. São usadas em casos específicos, como servidores críticos.

Mini laboratório: observando a tabela MAC

Objetivo: ver o switch aprendendo endereços MAC.

Topologia: 1 Switch 2960 e 3 PCs (PC0, PC1, PC2), ligados às portas Fa0/1, Fa0/2 e Fa0/3, com IPs 192.168.10.1, .2 e .3 (máscara 255.255.255.0).

Parte 1: tabela vazia

1. No switch, apague a tabela e consulte:

Switch>enable
Switch#clear mac address-table dynamic
Switch#show mac address-table

2. Anote quantas entradas dinâmicas existem.

Parte 2: primeiro ping

1. No PC0, abra o Command Prompt e rode ping 192.168.10.2.
2. Volte ao switch e rode show mac address-table.
3. Anote quais MACs e portas apareceram.

Parte 3: veja a inundação (Simulation)

1. Limpe a tabela de novo.
2. Mude para o modo Simulation e envie um ping do PC0 para o PC1.
3. Avance os eventos e observe o ARP (broadcast) chegando aos três PCs. Observe depois a resposta e o ICMP indo só ao destino.

Parte 4: terceiro PC

1. Faça ping do PC2 para o PC0 e consulte a tabela.
2. Compare com a Parte 2.

Parte 5: envelhecimento

1. Anote os MACs da tabela e não gere tráfego por um tempo.
2. Em um switch real, o tempo de envelhecimento aparece com:

Switch#show mac address-table aging-time

3. No Packet Tracer, esse subcomando não existe. Pesquise o valor padrão (300 segundos) e compare com o que você viu na teoria.

Pergunta	Resposta
Quantas entradas dinâmicas havia no passo 1?	?
Quais MACs apareceram depois do primeiro ping?	?
Qual é o tempo de envelhecimento padrão?	?

Perguntas para fixar:

• O que o switch usa para aprender: o MAC de origem ou o de destino?
• O que o switch faz com um quadro para um MAC que não está na tabela?
• Por que o MAC de broadcast nunca aparece na tabela?

Ver respostas

Tabela: 0 entradas dinâmicas; depois do primeiro ping, os MACs do PC0 e do PC1 nas portas Fa0/1 e Fa0/2 (e, se o ARP já tiver sido resolvido, só esses dois); aging time padrão de 300 segundos.

• O MAC de origem.
• Inunda: envia por todas as portas, menos a de entrada.
• Porque o broadcast só aparece como destino, e o switch aprende apenas pelo MAC de origem.

Resumo

• O switch mantém uma tabela MAC (MAC ⇄ porta) construída automaticamente.
• Aprende pelo MAC de origem e encaminha pelo MAC de destino.
• Ações: encaminhar (destino conhecido), inundar (destino desconhecido, broadcast e multicast) e filtrar (destino na mesma porta).
• Entradas dinâmicas envelhecem em 300 s por padrão.
• Comandos úteis: show mac address-table, clear mac address-table dynamic e show mac address-table aging-time.

Próximo passo

No próximo post, você vai ver o que o switch faz pelo isolamento do tráfego: os domínios de colisão e os domínios de broadcast.