Instituto Superior da Maia

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1 Instituto Superior da Maia Av. Carlos Oliveira Campos Castelo da Maia Avioso S. Pedro Telefone: Fax: Filipe Alexandre M. Ferreira N.º Licenciatura em Redes de Comunicação e Telecomunicações Julho 2009

2 ISMAI Julho 2009 Site do Projecto: URL: Aluno: Filipe Alexandre M. Ferreira N.º tel: Docente da Disciplina de Projecto: Alexandre Pinto Proponente do Projecto: Dílio Ribeiro 3º Ano Licenciatura em Redes de Comunicação e Telecomunicações Ano Lectivo 2008/2009

3 ÍNDICE DE CONTEÚDOS LISTA DE ACRÓNIMOS, DEFINIÇÕES E TERMOS INTRODUÇÃO ÂMBITO OBJECTIVOS METODOLOGIA AMBIENTE DE IMPLEMENTAÇÃO FERRAMENTAS UTILIZADAS FUNDAMENTAÇÃO DO PROJECTO DESCRIÇÃO SUMÁRIA TECNOLOGIA GIGABIT ETHERNET TIPOS DE EQUIPAMENTOS ENCAMINHAMENTO ENDEREÇAMENTO IP TIPO DE TRÁFEGO E CONTROLO DE FLUXO SEGURANÇA QoS QUALIDADE DE SERVIÇO DIMENSIONAMENTO DE CARGAS TRABALHO REALIZADO DESCRIÇÃO DAS TAREFAS CONFIGURAÇÕES BASE CONFIGURAÇÕES ESPECÍFICAS CENÁRIO DE TESTES DIMENSIONAMENTO DE CARGAS RESULTADOS AVALIAÇÃO SUMÁRIA RESULTADOS OBTIDOS DIFICULDADES ENCONTRADAS CONCLUSÃO ANEXOS ANEXO 1 CONFIGURAÇÕES DE ROUTERS ANEXO 2 CONFIGURAÇÕES DE SWITCHS...27 Filipe Ferreira nº Pág (i)

4 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1 - Topologia da rede de transmissão...3 Figura 2 - Equipamento Router Modular...4 Figura 3 - Equipamento - Switch 2960/ Figura 4 - Topologia de Rede Implementada...10 Figura 5 - Atribuição de portos a VLAN's...13 Figura 6 - Exemplo InterVLAN's...16 Figura 7 - Ligação entre L3 Core e TPO...18 Figura 8 Falha de Ligação entre GDO e TPO...18 Figura 9 Cálculo de novas rotas com STP...18 Figura Diagrama...20 ÍNDICE DE TABELAS Tabela 1 - Comparativo EIGRP e OSPF...5 Tabela 2 - Endereçamento IP - Router_L3_Core...11 Tabela 3 - Endereçamento IP - Router_GDO...11 Tabela 4 - Endereçamento IP - Router_MYQ...11 Tabela 5 - Endereçamento IP - Router_SPK...12 Tabela 6 - Endereçamento IP - Router_TPO...12 Tabela 7 - Endereçamento IP - Switch_MNG, GDO...14 Tabela 8 - Endereçamento IP - Switch_MYQ, SPK...14 Tabela 9 - Endereçamento IP - Switch_TPO...15 Filipe Ferreira nº Pág (ii)

5 LISTA DE ACRÓNIMOS, DEFINIÇÕES E TERMOS CCTV DiffServ EIGRP GbE GBIC IOS MPLS OSPF QoS SCADA STP TCP/IP VLAN VTP Closed Circuit Television Differentiated Services Model Enhanced Interior Gateway Routing Protocol Gigabit Ethernet Gigabit Interface Converter Internetwork Operating System Multi Protocol Label Switching Open Shortest Path First Quality of Service Supervisory Control And Data Acquisition Spanning Tree Protocol Transport Control Protocol / Internet Protocol Virtual Local Area Network Virtual Trunk Protocol Filipe Ferreira nº Pág 1 of 27

6 1 INTRODUÇÃO 1.1 ÂMBITO Este projecto académico foi desenvolvido no âmbito da disciplina de Projecto do curso de Redes de Comunicação e Telecomunicações do Instituto Superior da Maia. Pretendeu-se com esta experiência que o aluno demonstrasse competências adquiridas ao longo de todo o curso. Foi essencialmente desenvolvido com base em conhecimentos da área das redes de comunicação. 1.2 OBJECTIVOS O objectivo principal deste projecto era implementar um cenário virtual de uma rede de transmissão para um sistema integrado de telecomunicações de metro ligeiro. Pretende-se assim adquirir mais experiência e demonstrar os conhecimentos relativos a redes de dados (planeamento e configuração). O segundo objectivo seria o desenvolvimento de uma aplicação de cálculo de cargas de um router. Pretende-se mostrar a utilidade das ferramentas de programação para utilização diária de um gestor de redes. 1.3 METODOLOGIA O projecto iniciou com o estudo e planeamento de um sistema que implementasse a rede de transmissão de acordo com os requisitos. De seguida foi efectuada uma análise dos softwares que seriam utilizados e ao mesmo tempo foi feita uma pesquisa dos principais comandos e configurações que seriam utilizados na implementação. Por fim procedeu-se à implementação do projecto e elaboração do relatório final. 1.4 AMBIENTE DE IMPLEMENTAÇÃO A implementação deste projecto exigiu a utilização de um simulador de redes que é executado sobre a plataforma operacional (Windows). Para implementar a aplicação de cargas do router foi necessário recorrer ao software de desenvolvimento.net da Microsoft. 1.5 FERRAMENTAS UTILIZADAS A nível de equipamentos foi utilizado apenas um computador portátil com sistema Windows Vista e com software de simulação Packet Tracer 5.1 da Academia Cisco, software open-source de emulação de redes GNS3, software de programação Visual Studio.NET (C#). Filipe Ferreira nº Pág 2 of 27

7 2 FUNDAMENTAÇÃO DO PROJECTO 2.1 DESCRIÇÃO SUMÁRIA A rede de transmissão a implementada é composta por um anel (anel #4) de fibra óptica que interliga todas as estações através de um ponto central (Router L3 Core). Cada nó da rede é constituído por um router L3 que assegura a transmissão dos dados dos subsistemas para o sistema central. É constituído também por um switch de 24 portas Fast Ethernet que serve de interface com os diversos sistemas exteriores. Figura 1 - Topologia da rede de transmissão Esta topologia de rede permite uma segurança às comunicações visto que minimiza a possibilidade de colisões. Em casos de perda de ligação num dos nós a transmissão é assegurada uma vez que existem mecanismos de fecho de anel. 2.2 TECNOLOGIA GIGABIT ETHERNET A tecnologia GbE descreve várias tecnologias para a transmissão a velocidades de Gigabit por segundo definido pelo standard IEEE A rede de transmissão implementada é baseada numa rede GbE com equipamentos de transmissão (routers e switch L3) que disponibilizam interfaces ópticos (GBIC s) de forma a garantirem uma taxa de transmissão elevada. Filipe Ferreira nº Pág 3 of 27

8 Existem diversas tecnologias GbE que são implementadas de acordo com os parâmetros físicos da rede (distâncias, atenuações, tipos de fibra, etc). As tecnologias a utilizar são a 1000BASE-SX para distâncias até 550 metros e 1000BASE-LX para distâncias com mais de 550 metros. Ambas as tecnologias utilizam fibra-óptica como meio de transmissão sendo a sua utilização dividida em cabos multi-modo e mono-modo. As fibras mono-modo são utilizadas no backbone da rede (ligação entre routers) enquanto as fibras multi-modo são utilizadas na interligação de equipamentos de estação e o switch. A grande vantagem de ter uma rede GbE é o facto de ser uma tecnologia baseada em IP, permitindo assim uma flexibilidade para futuros desenvolvimentos e integração. 2.3 TIPOS DE EQUIPAMENTOS Na implementação deste projecto foram utilizados routers personalizáveis devido a algumas limitações do software de simulação Packet Tracer. Os routers são compostos por dois módulos de fibra-óptica GBIC (PT-ROUTER-NM-1FGE) e dois módulos eléctricos GBIC (PT-ROUTER-NM-1CGE). O GBIC de fibra-óptica é utilizado na ligação de backbone entre estações enquanto o GBIC eléctrico é utilizado para interligar o switch ao router de estação. Todos os switchs utilizados são o modelo Cisco Catalyst 2960 de 24 portas Fast Ethernet e 2 portas Gigabit Ethernet. As 24 portas são para uso comum e pretende-se ligar os sistemas de exterior. As duas portas de uplink GbE ligam ao router de estação. Figura 2 - Equipamento Router Modular Figura 3 - Equipamento - Switch 2960/24 Filipe Ferreira nº Pág 4 of 27

9 2.4 ENCAMINHAMENTO O administrador de redes é muitas vezes confrontado com a necessidade de ter de escolher o algoritmo de encaminhamento que melhor se adapta à sua rede. A escolha deve ser feita tendo em conta as características da rede e dos protocolos de encaminhamento. A tabela abaixo apresentada mostra algumas características fundamentais: Tabela 1 - Comparativo EIGRP e OSPF EIGRP OSPF Tipo de Protocolo Híbrido Baseado na topologia Métrica Composta: Largura de banda e Custo atraso Redes Hierárquicas Sim (com SA s) Sim (com áreas) Limite máximo de routers 255 (100 por defeito) 200 por rota Dimensão suportada Superior Superior Propagação de rotas Multicast quando há alterações Multicast quando há alterações Qualidade das rotas Superior Superior Tempo de convergência Superior Superior Administração Média Superior Volume de tráfego Inferior Inferior Tabela retirada do livro de Mário Véstias, Redes Cisco, FCA Editora. Em termos comparativos destes dois protocolos de encaminhamento pode-se dizer que são muito semelhantes no seu desempenho global, embora apresentem algumas diferentes características de implementação. Relativamente a outros protocolos (RIP, IGRP), os dois acima são muito mais eficazes e demonstram melhor desempenho. Para a topologia em anel aqui implementada, o OSPF seria a melhor opção uma vez que pelas suas potencialidades seria o ideal. Por restrições técnicas do simulador foi implementado o protocolo de encaminhamento EIGRP. EIGRP O EIGRP apenas recalcula a sua tabela de encaminhamento quando ocorrem alterações na topologia da rede. Após alterar a topologia e recalcular as rotas, o router anuncia apenas as alterações. Utiliza o algoritmo DUAL para calcular as melhores rotas. Filipe Ferreira nº Pág 5 of 27

10 2.5 ENDEREÇAMENTO IP O endereçamento previsto inicialmente era baseado numa implementação existente pelo que o ambiente de implementação obrigou a algumas modificações. Assim sendo, os endereços privados escolhidos foram de classe B para ligação de backbone principal e endereços de classe C para equipamentos de exterior. 2.6 TIPO DE TRÁFEGO E CONTROLO DE FLUXO O tráfego transmitido na implementação será totalmente IP uma vez que todos os equipamentos dos sistemas disponibilizam interfaces Ethernet ou Fast Ethernet e no caso de utilização de equipamentos com interfaces de fibra-óptica é utilizado um conversor óptico-eléctrico e eléctricoóptico nas terminações. STP Spanning Tree Protocol Este protocolo providencia redundância de caminhos ao mesmo tempo que previne contra loops na rede. Para que uma rede Ethernet funcione correctamente, apenas um caminho activo deve existir entre dois equipamentos. O protocolo define um algoritmo que calcula uma árvore completa mínima constrói uma série de caminhos alternativos para chegar a um destino. Todos os equipamentos da rede efectuam os mesmos procedimentos até termos uma definição completa dos caminhos possíveis sem que haja colisões. Definido pelo IEEE 801.1d. 2.7 SEGURANÇA VLAN Virtual Local Area Network É uma rede virtual logicamente segmentada por função, aplicação, equipamentos ou outro factor que identifique vários utilizadores físicos. Qualquer porta do switch pode pertencer a uma VLAN, os pacotes de informação são encaminhados apenas para utilizadores que utilizem/partilhem a mesma VLAN. Cada VLAN é considerada uma rede lógica, os pacotes destinados a utilizadores que não pertençam à mesma VLAN devem ser encaminhados através de um router. Cada VLAN é identificada com um VLAN-id (de 1 a 1001). Os equipamentos também suportam ligações partilhadas (trunking) para transmissão de dados sobre 100BASE-T e Gigabit Ethernet. Definido pelo IEEE 802.1q VLAN Tagging. VTP Virtual Trunking Protocol Este protocolo permite uma configuração consistente evitando alguns problemas de base, tais como duplicação de VLAN, especificação do tipo VLAN, violações de segurança. Este protocolo é configurado antes de se efectuarem as configurações de VLAN permitindo a comunicação entre os switchs da rede quando se efectuam essas configurações. Filipe Ferreira nº Pág 6 of 27

11 2.8 QOS QUALIDADE DE SERVIÇO O protocolo DiffServ especifica uma arquitectura de diferenciação de serviços que permite mecanismos de classificação, gestão de tráfego de rede e QoS integrados numa rede moderna e escalável. Este protocolo pode por exemplo providenciar baixa latência, garantindo serviço a tráfego crítico como é o caso da voz e vídeo enquanto providencia apenas tráfego de melhor esforço para garantir serviços menos críticos como tráfego Web. O DiffServ trabalha com base no princípio de classificação de tráfego onde cada pacote é colocado dentro de uma classe limitada de tráfego em vez de diferenciar o tráfego de acordo com os requisitos individuais. Cada router da rede é configurado para diferenciar tráfego baseado na sua classe. Cada classe pode ter métodos de gestão diferentes assegurando preferencialmente o tratamento de tráfego mais prioritário. O tráfego pode ser classificado por diversos parâmetros, tais como endereço fonte, endereço de destino, tipo de tráfego. O MPLS é um protocolo baseado na comutação de etiquetas que permite maior escalabilidade de encaminhamento na camada de rede. Permite também uma maior flexibilidade de prestação de serviços QoS (diferenciação de tráfego, túneis, etc) e possibilita obter um aumento de desempenho de todo o sistema. Para além de todas estas vantagens é um protocolo que permite a integração com o mundo IP e aliar-se também como complemento ao Diffserv. 2.9 DIMENSIONAMENTO DE CARGAS Um administrador de redes necessita frequentemente de planear a sua rede e os equipamentos com base na carga de tráfego que a rede será sujeita. Antes de uma escolha cuidada dos equipamentos de routing e switching é necessário estimar para a topologia pretendida o tráfego dos diversos componentes ou equipamentos que estarão a debitar dados no sistema de transmissão e integrá-los juntamente com dados existentes caso seja necessário. Após o apurar destes dados, será efectuada a escolha mais correcta e mais económica de acordo com o planeado e com a previsão futura de utilização. Pretende-se assim determinar uma solução que permita a inserção dos diversos sistemas, das suas características essenciais (largura de banda típica, taxa de utilização) e calcular segundo esses dados a taxa de ocupação e disponibilidade do equipamento principal (router). Este também pode ser complementado com informação relativa a outras topologias/anéis existentes na rede. Filipe Ferreira nº Pág 7 of 27

12 3 TRABALHO REALIZADO 3.1 DESCRIÇÃO DAS TAREFAS O planeamento efectuado para este projecto foi dividido em quatro partes principais: 1. Implementação e simulação da rede de transmissão 2. Testes de simulação 3. Elaboração da solução de dimensionamento de cargas 4. Relatório do trabalho efectuado Na 1ª tarefa, foi inicialmente efectuado um estudo dos diversos comandos de configuração e leitura de alguns manuais de configuração disponibilizados pela Cisco. Após a instalação dos simuladores de redes iniciei com o desenho da solução da topologia de rede com a interligação dos diversos equipamentos. Finalizado isto procedi à configuração dos diversos equipamentos com uma metodologia de passo-a-passo de forma a progredir na implementação. A 2ª tarefa complementa os procedimentos anteriores, tendo como base as configurações efectuadas foram efectuados testes de conectividade com envio de pacotes ICMP entre os diversos equipamentos de exterior e validação dos mesmos através da resposta activa. Foi elaborado um cenário de falha de uma porta de ligação do backbone de um router e verificou-se os tempos de resposta da convergência da rede. Aqui verificou-se o protocolo de spanning-tree a funcionar em pleno. A 3ª tarefa inicialmente foi pensada para desenvolver um software aplicacional que permitisse o dimensionamento de cargas do router principal. Devido à falta de tempo útil para finalizar o projecto achei que para evitar não cumprir minimamente o objectivo, desenvolver uma solução em folha de cálculo Excel que permitisse efectuar o mesmo tipo de cálculos inicialmente pretendidos. Foram inseridos os diversos sistemas e características e efectuou-se uma estimativa da disponibilidade e ocupação do router principal. A 4ª tarefa visou elaborar o relatório técnico do trabalho desenvolvido ao longo deste projecto. Aqui está descrito o que foi implementado, os resultados obtidos e as principais dificuldades encontradas no decorrer do mesmo. Filipe Ferreira nº Pág 8 of 27

13 3.2 CONFIGURAÇÕES BASE A configuração de base é comum a todos os routers e switchs. Inicialmente é criado o nome para designar cada equipamento de rede com o comando: hostname <nome equipamento> Exemplo: Router(config)#hostname Router_L3_Core Router_L3_Core (config)# Como medida de segurança é efectuada a configuração de acessos aos equipamentos com a introdução de uma password. enable secret <password> Exemplo: Router(config)# enable secret admin Ao iniciar a sessão do equipamento é mostrada a identificação do mesmo através da linha de comando (CLI) e também através de um banner indicativo. banner motd <word> Exemplo: Router(config)# banner motd z *********************************** *** Router Core_L3 *** *********************************** z Após a configuração básica dos equipamentos procedeu-se à ligação de interfaces de acordo com a topologia pretendida. Note-se que os equipamentos foram previamente assemblados com as cartas/interfaces descritos em 2.3. As interligações entre equipamentos de backbone (routers) e os switchs são apresentadas pela Figura 4. Filipe Ferreira nº Pág 9 of 27

14 Router L3 Core G1/ / 16 G0/ / 16 G2/0 Switch MYQ G1/1 G2/0 G1/ / 16 Mayor Square G0/ / 16 G1/1 Switch MNG G1/ / 16 George s Dock G2/0 G0/ / 16 G1/1 Switch GDO G0/ / 16 Spencer Dock G2/0 G1/ / 16 G0/ / 16 The Point G2/0 G1/ / 16 G1/1 G1/1 Switch SPK Switch TPO Figura 4 - Topologia de Rede Implementada A metodologia de ligação considerada foi a seguinte: O interface Gigabit Ethernet 0/0 de um router liga ao adjacente no interface Gigabit Ethernet 1/0 e vice-versa. O facto de ser assim configurado também está relacionado com os endereços IP atribuídos. Poderemos ver no ponto seguinte onde se mostra as configurações de endereçamento. O interface Gigabit Ethernet 2/0 liga sempre ao switch de estação correspondente na interface Gigabit Ethernet 1/1, ficando sempre de reserva a 1/ CONFIGURAÇÕES ESPECÍFICAS A configuração do endereçamento IP para cada equipamento é um processo que tem de ser muito bem estudado para que não haja colisões na implementação. Para configurar um interface de rede são utilizados os seguintes comandos: interface <tipo interface> <número interface> ip address <endereço ip> <mascara rede> description Descrição identificativa shut/no shut Exemplo: Router_L3_Core(config)# interface GigabitEthernet 0/0 Router_L3_Core(config)# ip address Filipe Ferreira nº Pág 10 of 27

15 Router_L3_Core(config)# description Link to Router_GDO G1/0 Router_L3_Core(config)# no shut Podemos ver no exemplo acima a configuração da porta G0/0 que faz ligação para o Router_GDO na interface G1/0. Como foi dito no ponto 2.5, foi distribuída a gama de endereços da seguinte forma: Tabela 2 - Endereçamento IP - Router_L3_Core Hostname Interface PN IP EIGRP InterVLAN Router_L3_Core GigabitEthernet 0/ / GigabitEthernet 1/ / GigabitEthernet 2/ / GigabitEthernet 2/ / GigabitEthernet 2/ / GigabitEthernet 2/ / GigabitEthernet 2/ / GigabitEthernet 2/ / GigabitEthernet 2/ / GigabitEthernet 2/ / GigabitEthernet 3/0... / Loopback / 24 Tabela 3 - Endereçamento IP - Router_GDO Hostname Interface PN IP EIGRP InterVLAN Router_GDO GigabitEthernet 0/ / GigabitEthernet 1/ / GigabitEthernet 2/ / GigabitEthernet 2/ / GigabitEthernet 2/ / GigabitEthernet 2/ / GigabitEthernet 2/ / GigabitEthernet 2/ / GigabitEthernet 2/ / GigabitEthernet 2/ / GigabitEthernet 3/0... / Loopback / 24 Tabela 4 - Endereçamento IP - Router_MYQ Hostname Interface PN IP EIGRP InterVLAN Router_MYQ GigabitEthernet 0/ / GigabitEthernet 1/ / GigabitEthernet 2/ / GigabitEthernet 2/ / GigabitEthernet 2/ / GigabitEthernet 2/ / GigabitEthernet 2/ / GigabitEthernet 2/ / GigabitEthernet 2/ / GigabitEthernet 2/ / GigabitEthernet 3/0... / Loopback / 24 Filipe Ferreira nº Pág 11 of 27

16 Tabela 5 - Endereçamento IP - Router_SPK Hostname Interface PN IP EIGRP InterVLAN Router_SPK GigabitEthernet 0/ / GigabitEthernet 1/ / GigabitEthernet 2/ / GigabitEthernet 2/ / GigabitEthernet 2/ / GigabitEthernet 2/ / GigabitEthernet 2/ / GigabitEthernet 2/ / GigabitEthernet 2/ / GigabitEthernet 2/ / GigabitEthernet 3/0... / Loopback / 24 Tabela 6 - Endereçamento IP - Router_TPO Hostname Interface PN IP EIGRP InterVLAN Router_TPO GigabitEthernet 0/ / GigabitEthernet 1/ / GigabitEthernet 2/ / GigabitEthernet 2/ / GigabitEthernet 2/ / GigabitEthernet 2/ / GigabitEthernet 2/ / GigabitEthernet 2/ / GigabitEthernet 2/ / GigabitEthernet 2/ / GigabitEthernet 3/0... / Loopback / 24 O encaminhamento de pacotes é uma parte simples de implementar mas de extrema importância uma vez mal configurada pode causar transtornos irreversíveis na implementação. Por vezes é mais fácil recomeçar de novo em alternativa a remediar e tentar resolver um planeamento mal feito. A configuração do protocolo EIRGP é feita da seguinte forma: router eigrp <número identificador> network <endereço ip de rede broadcast> ou network <endereço ip de rede broadcast> <wildcard> Exemplo: Router_L3_Core(config)# router eigrp 1 Router_L3_Core(config)# network A utilização de wildcards na configuração da rede é feita quando pretendemos efectuar subendereçamento IP. Por exemplo, numa rede só com dois hosts teríamos uma configuração: network , em que significaria e o 2 -> 253 Filipe Ferreira nº Pág 12 of 27

17 As tabelas de encaminhamento são actualizadas automaticamente sempre que existe uma alteração do estado da porta de rede. A transmissão de pacotes na rede gera um tráfego diversificado que tem de ser separado e filtrado de forma a não existirem colisões de tráfego de um sistema com outro. Seria incomportável termos dados de vídeo e sinalização no mesmo canal. Não teríamos possibilidade de garantir que determinados serviços fossem prioritários em relação aos outros. Para isso implementamos VLAN s no switch de cada estação de forma a separar os diversos canais. A configuração de VLAN num switch procede-se da seguinte forma: vlan <vlan id> name <nome identificativo> Exemplo: Switch_MNG(config)# vlan 10 Switch_MNG(config)# name Sinalizacao Para a separação de tráfego é necessária a atribuição de portas de um switch a uma VLAN: interface <nome interface><número interface> switchport mode <modo> vlan <vlan id> Exemplo: Switch_MNG(config)# interface FastEthernet0/1 Switch_MNG(config)# switchport mode access vlan 30 Quando temos a partlha de VLAN s temos de configurar essas portas como trunking: Switch_MNG(config)# interface GigabitEthernet1/1 Switch_MNG(config)# switchport mode trunk Figura 5 - Atribuição de portos a VLAN's Filipe Ferreira nº Pág 13 of 27

18 De acordo com o plano de endereçamento ficaram definidas as seguintes listas de endereçamentos para os diversos equipamentos que ligam no switch: Tabela 7 - Endereçamento IP - Switch_MNG, GDO Sistema Switch_MNG Switch_GDO VLAN ID Interface PN Equipamento IP GW IP GW TRUNK GigabitEthernet 1/1 TRUNK GigabitEthernet 1/2 InfoPublico 30 FastEthernet 0/1 Codec Audio / / InfoPublico 30 FastEthernet 0/2 Aplificador / / InfoPublico 30 FastEthernet 0/3 Painel / / InfoPublico 30 FastEthernet 0/4 Painel / / InfoPublico 30 FastEthernet 0/5 InfoPublico 30 FastEthernet 0/6 CCTV 50 FastEthernet 0/7 Codec Video / / CCTV 50 FastEthernet 0/8 CamVideo / / CCTV 50 FastEthernet 0/9 CamVideo / / CCTV 50 FastEthernet 0/10 CCTV 50 FastEthernet 0/11 CCTV 50 FastEthernet 0/12 Telefones 60 FastEthernet 0/13 PABX VoIP / / Telefones 60 FastEthernet 0/14 Tel. Emerg / / Telefones 60 FastEthernet 0/15 Tel. Emerg / / Telefones 60 FastEthernet 0/16 RadioTX 40 FastEthernet 0/17 Estação Base / / Sinalizacao 10 FastEthernet 0/18 Armário / / SCADA 20 FastEthernet 0/19 RTU / / SCADA 20 FastEthernet 0/20 UN Aquisição / / Bilhetica 80 FastEthernet 0/21 Maq. Bilhetes / / Bilhetica 80 FastEthernet 0/22 Maq. Bilhetes / / Transmissao 70 FastEthernet 0/23 Manutenção / / Transmissao 70 FastEthernet 0/24 Gestão / / Tabela 8 - Endereçamento IP - Switch_MYQ, SPK Switch_MYQ Switch_SPK Sistema VLAN ID Interface PN Equipamento IP GW IP GW TRUNK GigabitEthernet 1/1 TRUNK GigabitEthernet 1/2 InfoPublico 30 FastEthernet 0/1 Codec Audio / / InfoPublico 30 FastEthernet 0/2 Aplificador / / InfoPublico 30 FastEthernet 0/3 Painel / / InfoPublico 30 FastEthernet 0/4 Painel / / InfoPublico 30 FastEthernet 0/5 InfoPublico 30 FastEthernet 0/6 CCTV 50 FastEthernet 0/7 Codec Video / / CCTV 50 FastEthernet 0/8 CamVideo / / CCTV 50 FastEthernet 0/9 CamVideo / / CCTV 50 FastEthernet 0/10 CCTV 50 FastEthernet 0/11 CCTV 50 FastEthernet 0/12 Telefones 60 FastEthernet 0/13 PABX VoIP / / Telefones 60 FastEthernet 0/14 Tel. Emerg / / Telefones 60 FastEthernet 0/15 Tel. Emerg / / Telefones 60 FastEthernet 0/16 RadioTX 40 FastEthernet 0/17 Estação Base / / Sinalizacao 10 FastEthernet 0/18 Armário / / SCADA 20 FastEthernet 0/19 RTU / / SCADA 20 FastEthernet 0/20 UN Aquisição / / Bilhetica 80 FastEthernet 0/21 Maq. Bilhetes / / Bilhetica 80 FastEthernet 0/22 Maq. Bilhetes / / Transmissao 70 FastEthernet 0/23 Manutenção / / Transmissao 70 FastEthernet 0/24 Gestão / / Filipe Ferreira nº Pág 14 of 27

19 Tabela 9 - Endereçamento IP - Switch_TPO Switch_TPO Sistema VLAN ID Interface PN Equipamento IP GW TRUNK GigabitEthernet 1/1 TRUNK GigabitEthernet 1/2 InfoPublico 30 FastEthernet 0/1 Codec Audio / InfoPublico 30 FastEthernet 0/2 Aplificador / InfoPublico 30 FastEthernet 0/3 Painel / InfoPublico 30 FastEthernet 0/4 Painel / InfoPublico 30 FastEthernet 0/5 InfoPublico 30 FastEthernet 0/6 CCTV 50 FastEthernet 0/7 Codec Video / CCTV 50 FastEthernet 0/8 CamVideo / CCTV 50 FastEthernet 0/9 CamVideo / CCTV 50 FastEthernet 0/10 CCTV 50 FastEthernet 0/11 CCTV 50 FastEthernet 0/12 Telefones 60 FastEthernet 0/13 PABX VoIP / Telefones 60 FastEthernet 0/14 Tel. Emerg / Telefones 60 FastEthernet 0/15 Tel. Emerg / Telefones 60 FastEthernet 0/16 RadioTX 40 FastEthernet 0/17 Estação Base / Sinalizacao 10 FastEthernet 0/18 Armário / SCADA 20 FastEthernet 0/19 RTU / SCADA 20 FastEthernet 0/20 UN Aquisição / Bilhetica 80 FastEthernet 0/21 Maq. Bilhetes / Bilhetica 80 FastEthernet 0/22 Maq. Bilhetes / Transmissao 70 FastEthernet 0/23 Manutenção / Transmissao 70 FastEthernet 0/24 Gestão / As rotas de encaminhamento são calculadas com base em algoritmos de métrica (largura de banda, topologia, custo, etc). A redundância da rede não passa só pela topologia física implementada mas também pelos protocolos que permitem efectuar convergência de redes em poucos segundos. O protocolo spanning-tree possibilita o recalculo das rotas sempre que existe uma alteração de fundo nas ligações. Para configurar o protocolo é necessário primeiro configurar o protocolo VTP para que as VLAN s configuradas funcionem de um determinado modo e dentro de um domínio. Para configuração do VTP é necessário o seguinte: vtp mode <modo de serviço> vtp domain <nome domínio> Exemplo: Switch_MNG(config)# vtp mode server Switch_MNG(config)# vtp domain comum A configuração do protocolo spanning-tree no switch procede-se da seguinte forma: spanning-tree mode <modo de serviço> Filipe Ferreira nº Pág 15 of 27

20 spanning-tree vlan <vlan-id> priority <nível prioridade> Exemplo: Switch_MNG(config)# spanning-tree mode pvst Switch_MNG(config)# spanning-tree vlan 10 priority 4096 Switch_MNG(config)# spanning-tree vlan 50 priority A prioridade dos pacotes que passam nas VLAN s é atribuída em múltiplos de Quando mais baixo for o valor maior será a prioridade do pacote IP. O encaminhamento IP através de VLAN é feito através dos routers com recurso a configuração de interfaces virtuais dentro de um interface principal (forma uma espécie de túnel). Como podemos ver por exemplo na Tabela 2 - Endereçamento IP - Router_L3_Core, existem vários endereços dentro da interface Gigabit Ethernet 2/0. O endereço virtual é composto pelo principal mais um número virtual que ajude a identificar a VLAN. Por exemplo, para a VLAN 10 temos o interface G2/0.10 em que 10 corresponde à VLAN10. Cada interface virtual tem de ter o seu endereço IP diferenciado. Neste caso teríamos o , em que o 3º octeto corresponde à VLAN10. Nos outros routers utilizou-se uma metodologia semelhante substituindo o 10 por 11, 12, 13, e 14. Router L3 Core G2/0.10 G2/0.80 G2/0 TRUNK ON G1/1 Switch MNG Figura 6 - Exemplo InterVLAN's Para que o encaminhamento funcione de forma correcta são precisos filtros que permitam apenas às VLANs respectivas comunicarem entre si. Assim só os hosts da VLAN 10 comunicam com hosts de outra estação que tenham a mesma VLAN. Filipe Ferreira nº Pág 16 of 27

21 A configuração de ACL s é a solução encontrada e é necessário o seguinte: ip access-list <tipo acesso> <nome identificativo> permit <endereço ip broadcast> <wildcard> deny/allow Exemplo: Router_L3_Core(config)# ip access-list standard AllowVLAN10 Router_L3_Core(config)# permit Router_L3_Core(config)# deny any Esta configuração permite que todos os endereços de VLAN10 comuniquem entre si, descartando quaisquer outros que tentem comunicar de outra VLAN. Este procedimento é feito para todas as VLAN s. Para concluir o processo de atribuição de rotas entre VLAN s é necessário configurar todas as interfaces virtuais que fazem interface com os switchs. Procedimento de configuração: interface <tipo interface> <número interface> encapsulation dot1q <vlan-id> ip access-group <nome identificativo ACL> <in/out> Exemplo: Router_L3_Core(config)# interface Gigabit Ethernet 2/0.10 Router_L3_Core(config)# encapsulation dot1q 10 Router_L3_Core(config)# ip access-group AllowVLAN10 out As configurações de todos os equipamentos estão anexas a este documento bem como no sítio da Internet ( 3.4 CENÁRIO DE TESTES Pretende-se aqui apresentar um cenário de falhas e verificar o comportamento e o estado dos equipamentos e protocolos envolvidos na simulação. Inicialmente vamos proceder ao envio de um pacote ICMP (ping) entre um Codec Audio (IP: ) localizado no Router_L3_Core e outro Codec Audio (IP: ) localizado na estação TPO (The Point). A rota escolhida à partida será: Router_L3_Core Router_GDO Router_TPO. Filipe Ferreira nº Pág 17 of 27

22 Figura 7 - Ligação entre L3 Core e TPO Após uma verificação da conectividade entre os dois equipamentos procedemos à desactivação de uma das portas de interface de backbone. Por exemplo, desliga-se a porta Gigabit Ethernet 1/0 da Estação TPO The Point. A partir deste momento procede-se ao recalculo de rotas de forma a chegar ao destino novamente. Figura 8 Falha de Ligação entre GDO e TPO Após alguns segundos, as rotas estão recalculadas e verificamos que o spanning-tree passa a reenviar os seus pacotes através do anel inverso. A conectividade está restabelecida. Figura 9 Cálculo de novas rotas com STP Filipe Ferreira nº Pág 18 of 27

23 3.5 DIMENSIONAMENTO DE CARGAS O dimensionamento de cargas é feito com o cálculo da largura de banda disponibilizada por cada equipamento dos vários sistemas. Exemplo: Estação: GDO Sistema: CCTV Equipamento: Câmara Video Largura de Banda por Unidade: 2,1 Mbps Unidades Estação: 2 Largura de Banda Total: 2x2,1 Mbps = 4.2 Mbps Somando a largura de banda de todos os sistemas obtemos a lergura de banda total prevista para o router da estação. A soma total dos routers de todas as estações obtemos a largura de banda total do Anel #4. A largura de banda prevista para o Anel #4 seria de 51,08 Mbps. Simulador de Cargas Sinalização SCADA Informação ao Público RadioTX UN Armário RTU Aquisição Codec Audio Aplificador Paineis Estação Base 0,128 Total 0,128 0,128 Total 0,128 0,128 0,128 Total 2,1 Total UN Mbps Mbps UN Mbps UN Mbps Mbps UN Mbps UN Mbps UN Mbps Mbps UN Mbps Mbps GDO 1 0,128 0, , ,128 0, , , ,256 0, ,1 2,1 MYQ 1 0,128 0, , ,128 0, , , ,256 0, ,1 2,1 SPK 1 0,128 0, , ,128 0, , , ,256 0, ,1 2,1 TPO 1 0,128 0, , ,128 0, , , ,256 0, ,1 2,1 Simulador de Cargas CCTV Telefones Bilhética Total Total Codec Video Câmaras PABX VoIP Tel. Emerg. Máq. Bilhetes Larg. Banda Larg. Banda 2,1 2,1 Total 0,128 0,064 Total 0,128 Total Routers Anel #4 UN Mbps UN Mbps Mbps UN Mbps UN Mbps Mbps UN Mbps Mbps Mbps Mbps GDO 2 4,2 2 4,2 8,4 1 0, ,128 0, ,512 0,512 12,16 MYQ 2 4,2 2 4,2 8,4 1 0, ,128 0, ,512 0,512 12,16 SPK 2 4,2 2 4,2 8,4 1 0, ,128 0, ,512 0,512 12,16 TPO 2 4,2 3 6,3 10,5 1 0, ,192 0,32 6 0,768 0,768 14,58 51,08 Resultado: A carga prevista de ocupação do router principal é obtido pela soma total de todos os aneis da rede mais os equipamentos de gestão, manutenção e servidores do centro de comando. A taxa de ocupação é obtida pelo quociente da largura de banda disponível pelo router com a carga total prevista de ocupação. Neste caso o resultado final seria uma taxa de ocupação de 8%. Estações Manutenção Gestão Centro Comando Anel #1 Anel #2 Anel #3 Anel #4 Workstations Workstations Servidores Router_L3_Core Carga Prevista (Mbps) , ,08 Larg. Banda Disponível (Mbps) Ocupação Larg.Banda (%) 21,0% 22,0% 17,0% 5,1% 30,0% 50,0% 70,0% 8,0% Filipe Ferreira nº Pág 19 of 27

24 4 RESULTADOS 4.1 AVALIAÇÃO SUMÁRIA Os objectivos principais deste projecto foram parcialmente cumpridos, embora algumas das tarefas definidas fossem ligeiramente alteradas por motivos técnicos. Algumas das funcionalidades requeridas na fase de projecto também não foram implementadas devido às limitações do simulador. Funcionalidades não implementadas: QoS Diffserv, MPLS (só disponível no simulador GNS3) O segundo objectivo não foi cumprido de acordo com o projecto de desenho devido ao facto do tempo para implementação ser superior ao previsto. Em alternativa foi implementada uma solução em folha de cálculo cujo resultado final foi o esperado previamente. Globalmente, considero que o trabalho efectuado foi bom tendo em conta os tempos previstos para implementação. 4.2 RESULTADOS OBTIDOS 1. Implementada A rede implementada é constituída por diversos routers, switchs, computadores e telefones VoIP. Figura Diagrama Não foram colocados todos os equipamentos de exterior, uma vez que o interface gráfico ficaria saturado e imperceptível ao utilizador. Filipe Ferreira nº Pág 20 of 27

25 2. Configurações dos routers e switchs Este comando permite a visualização dos detalhes do protocolo EIGRP. Aqui é mostrado as várias redes de encaminhamento, as métricas definidas e os interfaces de encaminhamento. Router_Core_L3#sh ip pro Routing Protocol is "eigrp 1 " Outgoing update filter list for all interfaces is not set Incoming update filter list for all interfaces is not set Default networks flagged in outgoing updates Default networks accepted from incoming updates EIGRP metric weight K1=1, K2=0, K3=1, K4=0, K5=0 EIGRP maximum hopcount 100 EIGRP maximum metric variance 1 Redistributing: eigrp 1 Automatic network summarization is in effect Automatic address summarization: Maximum path: 4 Routing for Networks: Routing Information Sources: Gateway Distance Last Update Distance: internal 90 external 170 Com este comando temos acesso à tabela de encaminhamento do router. Os endereços marcados com a letra C são os interfaces ligados directamente no router, os endereços marcados com D são os endereços de encaminhamento das redes adjacentes. Router_Core_L3#sh ip route Codes: C - connected, S - static, I - IGRP, R - RIP, M - mobile, B - BGP D - EIGRP, EX - EIGRP external, O - OSPF, IA - OSPF inter area N1 - OSPF NSSA external type 1, N2 - OSPF NSSA external type 2 E1 - OSPF external type 1, E2 - OSPF external type 2, E - EGP i - IS-IS, L1 - IS-IS level-1, L2 - IS-IS level-2, ia - IS-IS inter area * - candidate default, U - per-user static route, o - ODR P - periodic downloaded static route Gateway of last resort is not set /24 is subnetted, 1 subnets C is directly connected, Loopback0 C /16 is directly connected, GigabitEthernet0/0 C /16 is directly connected, GigabitEthernet1/0 D /16 [90/3072] via , 00:00:13, GigabitEthernet0/0 C /24 is directly connected, GigabitEthernet2/0.10 D /24 [90/28416] via , 00:00:13, GigabitEthernet0/0 Filipe Ferreira nº Pág 21 of 27

26 D D D C D /24 [90/28416] via , 00:00:13, GigabitEthernet1/ /24 [90/28672] via , 00:00:13, GigabitEthernet1/ /24 [90/28672] via , 00:00:12, GigabitEthernet0/ /24 is directly connected, GigabitEthernet2/ /24 [90/28416] via , 00:00:13, GigabitEthernet0/0 Neste comando é mostrado o filtro de acesso à VLAN10. Para as visualizar os restantes filtros basta colocar apenas o comando inicial. Router_Core_L3#sh access-lists AllowVLAN10 Standard IP access list AllowVLAN10 permit host permit permit permit permit permit deny any Aqui temos a configuração completa de um interface IP. São mostrados os endereços, o estado da porta e dos diversos protocolos, ACL s atribuídas, etc. Router_Core_L3#sh ip interface gigabitethernet 2/0.10 GigabitEthernet2/0.10 is up, line protocol is up (connected) Internet address is /24 Broadcast address is Address determined by setup command MTU is 1500 bytes Helper address is not set Directed broadcast forwarding is disabled Outgoing access list is AllowVLAN10 Inbound access list is AllowVLAN10 Proxy ARP is enabled Security level is default Split horizon is enabled ICMP redirects are always sent ICMP unreachables are always sent ICMP mask replies are never sent IP fast switching is disabled IP fast switching on the same interface is disabled IP Flow switching is disabled IP Fast switching turbo vector IP multicast fast switching is disabled IP multicast distributed fast switching is disabled Router Discovery is disabled IP output packet accounting is disabled IP access violation accounting is disabled TCP/IP header compression is disabled RTP/IP header compression is disabled Probe proxy name replies are disabled Policy routing is disabled WCCP Redirect outbound is disabled WCCP Redirect exclude is disabled Filipe Ferreira nº Pág 22 of 27

27 A configuração dos switchs é semelhante em todos. Aqui podemos visualizar as diversas VLAN s criadas e quais as portas assignadas a cada VLAN. Switch_MNG#sh vlan brief VLAN Name Status Ports default active Gig1/2 10 Sinalizacao active Fa0/18 20 SCADA active Fa0/19, Fa0/20 30 InfoPublico active Fa0/1, Fa0/2, Fa0/3, Fa0/4,Fa0/5, Fa0/6 40 RadioTX active Fa0/17 50 CCTV active Fa0/7, Fa0/8, Fa0/9, Fa0/10, Fa0/11, Fa0/12 60 Telefones active Fa0/13, Fa0/14, Fa0/15, Fa0/16 70 Transmissao active Fa0/23, Fa0/24 80 Bilhetica active Fa0/21, Fa0/ fddi-default active 1003 token-ring-default active 1004 fddinet-default active 1005 trnet-default active Este comando permite mostrar o estado do protocolo spanning-tree na VLAN10. Apresenta as diversas características por defeito associadas (Hello time, Aging time, Forward delay). Switch_MNG#sh spanning-tree vlan 10 VLAN0010 Spanning tree enabled protocol ieee Root ID Priority 4106 Address C66.257A This bridge is the root Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec Bridge ID Priority 4106 (priority 4096 sys-id-ext 10) Address C66.257A Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec Aging Time 20 Interface Role Sts Cost Prio.Nbr Type Gi1/1 Desg FWD P2p O comando seguinte mostra resumidamente o estado de todas rotas do STP em relação às VLAN s criadas. Switch_MNG#sh spanning-tree summary Switch is in pvst mode Root bridge for: default Sinalizacao SCADA InfoPublico RadioTX CCTV Telefones Transmissao Bilhetica Extended system ID is enabled Portfast Default is disabled PortFast BPDU Guard Default is disabled Portfast BPDU Filter Default is disabled Loopguard Default is disabled EtherChannel misconfig guard is disabled UplinkFast is disabled BackboneFast is disabled Filipe Ferreira nº Pág 23 of 27

28 Configured Pathcost method used is short Name Blocking Listening Learning Forwarding STP Active VLAN VLAN VLAN VLAN VLAN VLAN VLAN VLAN VLAN vlans Por fim, este comando permite visualizar o estado do protocolo de trunking de VLAN s. Mostra a quantidade de VLAN s existentes e o modo de operação. Switch_MNG# sh vtp status VTP Version : 2 Configuration Revision : 0 Maximum VLANs supported locally: 255 Number of existing VLANs : 13 VTP Operating Mode : Server VTP Domain Name : comum VTP Pruning Mode : Disabled VTP V2 Mode : Disabled VTP Traps Generation : Disabled MD5 digest : 0x2A 0x0C 0xA3 0xC2 0xE6 0x1F 0x58 0x79 Configuration last modified by at :15:42 Local updater ID is (no valid interface found) 3. Cenário de Testes Filipe Ferreira nº Pág 24 of 27

29 Foi efectuado o envio de vários pacotes ICMP para testar a conectividade entre dois equipamentos dentro da mesma VLAN. Este procedimento foi efectuado antes de desactivação da porta de ligação entre router GDO e TPO. Em 11 pacotes enviados podemos ver que apenas o primeiro foi perdido, e obtivemos uma média de transmissão de 134ms. Após alguns segundos de quebra de ligação restabeleceu-se com o apoio do spanning-tree que recalcula as rotas de forma a manter a ligação por outra rota. 4.3 DIFICULDADES ENCONTRADAS Ao longo da implementação deste projecto tive algumas dificuldades iniciais devido à indecisão de escolha do simulador. Isto prendeu-se com o facto de na fase de projecto não ter disponibilidade para explorar devidamente as potencialidades de cada um. Optei pelo simulador mais simples e interactivo de configurar em detrimento do simulador com mais potencialidades, mas requeria mais recursos do equipamento. Outra grande dificuldade inicial foi o facto de não conseguir implementar o protocolo OSPF devidamente bem como a gama de endereços prevista ser de mais difícil implementação. Foi optado em fase de implementação pelo EIGRP, que a nível funcional é muito semelhante e a configuração é menos complexa. Por fim, tive também alguns problemas na implementação de encaminhamento entre VLAN s das diversas estações. O processo não tinha sido previsto em fase de projecto. A solução foi encontrada após leitura mais aprofundada sobre VLAN s e configurou-se filtros e interfaces virtuais para cada VLAN. Filipe Ferreira nº Pág 25 of 27

30 5 CONCLUSÃO O projecto de rede de transmissão foi uma base importante para a formação na área das redes de comunicação. Permitiu consolidar alguns conhecimentos e aperfeiçoar algumas técnicas de planeamento de redes. O ponto positivo mais relevante deste projecto foi o facto de ter aprendido uma noção básica dos diversos passos de execução de um projecto (análise de requisitos, projecto de design e implementação prática). Permitiu uma abrangência global que nos fará estar mais preparados para contribuir num projecto, numa fase mais aprofundada. Por outro lado, os pontos negativos ou menos positivos deste projecto foi o facto de haver uma indefinição inicial na escolha dos projectos, o que levou a uma dilatação e correspondentes atrasos na entrega de documentação das várias etapas. Penso que também alguns conceitos de análise de sistemas e gestão de tempos foram pouco aprofundados ao longo do curso em geral. Os alunos teriam menos dificuldades de análise e conceptualização dos problemas. Como complemento a algumas lacunas teóricas seria indispensável haver melhores recursos técnicos (equipamentos, laboratórios) que não limitassem a escolha e proposta de trabalhos de outras áreas. Por fim, acho que o tema escolhido foi adequado e de encontro com a área de trabalho pretendida para desempenhar no futuro como técnico especializado em redes de comunicação. Filipe Ferreira nº Pág 26 of 27

31 6 ANEXOS Estes anexos também podem ser consultados na página do sítio do projecto ANEXO 1 CONFIGURAÇÕES DE ROUTERS VER SUPORTE INFORMÁTICO COM DOCUMENTAÇÃO DO PROJECTO 6.2 ANEXO 2 CONFIGURAÇÕES DE SWITCHS VER SUPORTE INFORMÁTICO COM DOCUMENTAÇÃO DO PROJECTO Filipe Ferreira nº Pág 27 of 27