Sistemas e Planeamento Industrial

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1 Sistemas e Planeamento Industrial Comunicações Industriais e Empresariais VLANs. crc@isep.ipp.pt 1. Objectivos Adquirir conhecimentos para conceber e gerir uma rede de computadores baseada em VLANs. Perceber o conceito de VLAN e a sua utilização. Conhecer os diferentes métodos de implementação de VLANs. Perceber a Interligação de VANs (com o mesmo ID) através de um link tagged. 2. Introdução A Local Area Network (LAN) foi originalmente definida como uma rede de computadores localizados na mesma área. Mais tarde, uma LAN, foi definido como um domínio de broadcast. Isto significa que um broadcasts numa LAN é recebido por todos os utilizadores dessa LAN. O broadcast só sai da LAN através de um Router. A desvantagem deste método, é que o Router usualmente demora mais tempo a processar os dados, comparado com um Hub ou um Bridge. As Virtual Local Area Networks (VLAN's) foram desenvolvidas como uma solução alternativa à utilização de Routers para conter o tráfego de broadcast e multicast numa rede LAN. Numa LAN tradicional, os computadores estão ligados a uma rede através de um Hub ou um repetidor. Estes dispositivos propagam qualquer informação pela rede. Quando dois equipamentos enviam dados ao mesmo tempo, dá-se uma colisão, que é propagada na rede por estes dispositivos. Os dados são perdidos e a informação original terá de ser reenviada. O Reenvio é feito após espera da resolução da colisão o que significa uma perda de tempo e de recursos. Para prevenir que colisões viajem pelos equipamentos ao longo da rede, pode-se usar um Switch ou uma Bridge. Estes dispositivos não propagam colisões, mas permitem broadcasts e multicasts para toda a rede. Podendo-se então usar um Router para evitar broadcasts (para todos os utilizadores da rede) e multicasts (para um grupo especifico de utilizadores) de viajarem pela rede. Um segmento de LAN é formado pelos computadores e repetidores dessa rede. Um segmento de LAN também é conhecido como domínio de colisão (desde que essa colisão não sai desse segmento). A área dentro dos quais os broadcasts e multicasts estão confinados é chamada de domínio de broadcast. Uma LAN consiste em um ou mais segmentos de LAN. A definição de domínio de broadcast e domínio de colisão numa LAN, depende onde os computadores, Hubs, Switch e Routers estão fisicamente ligados. Na figura seguinte, exemplifica-se o que foi descrito. CRC/JML

2 As VLANs vêem permitir que o gestor da rede crie segmentos lógicos de LAN em domínios de broadcast diferentes. Isto é, uma segmentação lógica e não física. Os equipamentos de rede não precisão de estar fisicamente juntos. Os utilizadores podem estar em diferentes pisos do mesmo edifício ou até mesmo em diferentes edifícios, podendo agora pertencer à mesma rede (LAN). As VLANs também permitem definir domínios de broadcasts sem recorrer a Routers. Um software de Bridging (gestão) é usado para instanciar quais os equipamentos de rede que pertencem ao mesmo domínio de broadcast. Os Routers poderão apenas ser usados para interligar VLANs diferentes. Numa rede em que a maior percentagem de tráfego corresponde a broadcasts e multicasts, as VLANs permitem reduzir o envio desse tráfego para destinos desnecessários. Por exemplo, num domínio de broadcast formado por 10 utilizadores, se o tráfego gerado é pertencente a apenas 5 desses utilizadores, então coloca-se os outros 5 utilizadores numa VLAN separada com tráfego reduzido. Comparativamente com os Switchs, os Routers requerem mais processamento, o aumento do volume de tráfego vai criar maior latência nos Routers reduzindo o seu desempenho. O uso de VLANs reduz o número de Routers necessários, uma vez que podem ser criados domínios de boradcasts através de VLAN utilizando Switchs. É comum encontrar equipas de desenvolvimento de produtos de departamentos diferentes. Grupos esses que são formados para períodos curtos de tempo. Durante esse período a comunicação entre esses membros deverá ser intensa. Para conter boradcasts e multicasts nesse grupo de trabalho, podem-se usar VLANs. Com VLANs é fácil colocar os membros do grupo juntos, caso contrario só colocando-os fisicamente a trabalhar juntos. 70% do custo de gestão de uma rede resulta de adicionar, mover e modificar utilizadores na rede. Os utilizadores movimentam-se na rede frequentemente, sendo necessário novo endereçamento IP nos computadores e reconfiguração de Routers. Algumas destas tarefas podem ser simplificadas utilizando VLANs. VLAN Standard: IEEE 802.1Q O IEEE está actualmente a trabalhar no standard 802.1Q para VLANs. Inicialmente, os produtos eram proprietários e qualquer um que quisesse implementar VLANs teria de comprar todos os produtos do mesmo fabricante. Uma vez a norma 802.1Q implementada, os fabricantes criam os produtos baseados nesta norma, e já não é necessário que os equipamentos sejam todos do mesmo fabricante. Os grandes fabricantes de equipamentos já implementaram estas normas e libertaram os seus produtos de normas proprietárias. Tagged / untagged Uma vez definida uma VLAN, pode-se adicionar membros a essa VLAN. Os Switchs que suportam a norma 802.1Q VLAN tagging, contém um sistema que permite o tráfego de múltiplas VLANs possam ser enviado através de apenas uma ligação física. Quando se configuram as VLANs é necessário entender quando se usa membros untagged ou menbros tagged. É muito simples, se a porta está associada a uma única VLAN, esta pode ser um membro untagged. Se a porta precisa de ser membro de múltiplas VLANs, os membro têm de ser definidos como tagged. Tipicamente computadores deverão ser membros untagged de uma VLAN e Switchs de interligação serão membros tagged de uma VLAN. Para levar múltiplas VLANs através de um único link físico, cada pacote de dados deverá ter uma etiqueta a qual VLAN corresponde para que o Switch possa identificar que pacote de dados pertence a que VLAN. Para comunicar entre VLANs deverá ser utilizado um Router. O método para definir links tagged está definido na norma IEEE 802.1Q. A criação deste tipo de links só é possível se ambos os equipamentos permitirem a implementação através da mesma norma (IEEE 802.1Q). CRC/JML

3 Types of VLAN Os membros de uma VLAN podem ser classificados por porta, MAC address, ou tipo de protocolos. Layer1: Porta Os membros de uma VLAN podem ser definidos com base nas portas do Switch. Por exemplo, num Switch com 4 portas, a porta 1,2,4 podem pertencer à VLAN1 e a porta 3 à VLAN2. A desvantagem deste método é de não permitir a mobilidade do utilizador para uma localização foram deste Switch, sendo necessário reconfigurar a VLAN. Layer2: MAC Address e protocol type Os membros de uma VLAN podem ser classificados com base no MAC address das suas máquinas. Com este método, quando um computador altera a sua localização, não é necessária nenhuma reconfiguração para que este continue a pertencer à mesma VLAN. O problema deste método está relacionado com a obrigatoriedade do registo do utilizador, o que não é tarefa fácil numa entidade com milhares de utilizadores. Os membros de uma VLAN também podem ser associados com base no tipo de protocolo encontrado no cabeçalho Layer2. Layer3: IP Os membros de uma VLAN podem ser classificados com base no cabeçalho layer 3, IP address. Embora os membros de uma VLAN são baseados na informação do Layer3, isto não tem nada a ver com Routing de rede e não confundir com as funções do Router. Neste método, o IP address só é usado para mapear membros de uma VLAN, nenhum outro processamento IP é realizado. É possível definir membros de uma VLAN baseada em determinadas aplicações ou serviços ou em qualquer uma destas combinações. Por exemplo: ligações FTP podem ser executadas numa VLAN e ligações Telnet noutra VLAN. 3. Configuração de VLANs Nota: Tire apontamentos de todos os procedimentos executados no laboratório. Nota: Todos os grupos, no final do trabalho devem realizar os passos R1 e R2 do guião. O Switch 3com existente no laboratório suporta a criação de VLANs por porta utilizando o standard IEEE802.1Q. Este standard permite que o tráfego de múltiplas VLANS possam ser enviado através de um único link físico. O IEEE 802.1Q standard permite que em cada porta do Switch possa ser colocada qualquer VLAN e que várias VLANs possam ser colocadas ao mesmo tempo na mesma porta utilizando o 802.1Q tagging. A VLAN mais simples, pode ser criada numa pequena rede com um Switch. Nessa rede, não é requisito a passagem de tráfego de múltiplas VLANs através de um único link. Todo o tráfego é gerido pelo Switch e neste caso são utilizadas ligações untagged. O exemplo da figura mostra um Switch ligado a computadores e servidores utilizando ligações untagged. CRC/JML

4 Porta 1, 2 e 3 do Switch associadas à VLAN 1, porta 10, 11 e 12 associada à VLAN 2. As VLANs 1 e 2 estão completamente separadas não comunicando entre si, possibilitando uma segurança adicional na rede. Para a realização deste trabalho, por cada grupo, serão utilizados 4 computadores do laboratório e um Switch 3com. Pretende-se implementar a seguinte estrutura de rede no Laboratório. Switch 3com PC1 PC2 PC3 PC4 Atribua endereços IP a todos os PCs e ao Switch, tendo em consideração a tabela: Comece por reinicializar o Switch 3com com os valores por defeito. Para isso terá de iniciar uma sessão remota ao Switch 3com utilizando a aplicação telnet. (user:admin, password: ) telnet <IP do Switch> CRC/JML

5 <IP do Switch> - consultando o manual do fabricante, fica-se a saber que o Switch está configurado para obter um IP por DHCP. Caso não exista nenhum servidor de DHCP disponível utiliza o IP de defeito: Deverá ser este IP que inicialmente utiliza para estabelecer ligação ao Switch. Não se esqueça que o computador que vai utilizar para estabelecer ligação com o Switch deverá estar na mesma rede do Switch (por exemplo utilize o IP ). Após iniciar uma ligação remota ao Switch é apresentado o menu geral de gestão. Para reinicializar o Switch: Seleccione o menu system Seleccione o menu control Seleccione o menu initialize (reset to factory defaults) Do you wish to continue: yes Para voltar ao menu geral, utilize a tecla esc, para subir apenas um nível utilize a tecla q. Pretende-se configurar manualmente o endereço IP do módulo de gestão do Switch, segundo a tabela: Para realizar essa tarefa: Seleccione o menu protocol Seleccione o menu ip Seleccione o menu basiconfig Enter configuration method (auto,manual,none)[auto]: manual Enter IP address [xxx.xxx.xxx.xxx]: x Enter subnet mask [ ]: Enter gateway IP address [xxx.xxx.xxx.xxx]: Como alterou o endereço IP do Switch (passou a pertencer a outra rede), agora para comunicar com o Switch, deverá alterar o endereço IP do computador para a mesma rede do Switch. Inicie de novo uma ligação remota ao Switch. Consulte as configurações que acabou de efectuar. Seleccione o menu protocol/ip/interface/summary Select IP interfaces (1-2,all)[all]: 1 Verifique que consegue estabelecer ligação entre todos os computadores da sua rede. Utilize o comando ping. CRC/JML

6 A VLAN 1 é uma VLAN por defeito e já se encontra configurada, em que todas as portas estão associadas a esta VLAN. Crie uma nova VLAN (ex: VLAN 2). No terminal remoto do Switch siga os seguintes procedimentos: Seleccione o menu bridge Seleccione o menu vlan Seleccione o menu create VLAN ID: 2 VLAN Name: cinem Verifique as configurações realizadas. Seleccione o menu bridge/vlan/detail Select VLAN ID (1-2,all)[all]: Adicione as portas 3 e 4 do Switch 3com à VLAN 2 como membros untagged. Seleccione o menu modify Seleccione o menu addport VLAN ID: 2 Bridge ports (unit:port): 1:3 Tag type: untagged Efectue o mesmo procedimento para a porta 4 e no item Bridge ports (unit:port): coloque o valor 1:4. Verifique as configurações realizadas (brigde/vlan/detail). Verifique que os computadores da VLAN 1 comunicam entre si (ping). Execute o mesmo teste para o grupo de computadores da VLAN2. Verifique que o grupo de computadores da VLAN 1 não comunica com os computadores da VLAN 2. Verifique qual o grupo de computadores que comunica com o Switch. Verifique as configurações do interface de rede do Switch (protocol/ip/interface/summary). A figura seguinte, exemplifica a criação de diferentes VLAN e em diferentes localizações, interligadas por dois Switchs utilizando ligações tagged. CRC/JML

7 Interligue o Switch do seu grupo de trabalho com o Switch do grupo vizinho através da porta 25 (uplink). Verifique se os computadores da VLAN 1 de um grupo comunicam os com computadores da VLAN 1 do outro grupo. Em ambos os Switchs, adicione a porta 25 à VLAN 1 e à VLAN 2, como membro tagged. Verifique que o grupo de computadores da VLAN (1 / 2) comunica com o grupo de computadores da mesma VLAN do outro grupo de alunos. Conecte um dos Switch a uma linha de uplink. Que grupo de computadores comunicam com o servidor ave ( )? Não se esqueça de adicionar a rota de gateway ao interface de rede dos computadores (/sbin/route add net default gw dev eth0). Remova as portas 3 e 4 da VLAN2. Verifique se os computadores da VLAN1 comunicam com os computadores da VLAN2. Adicione as portas 3 e 4 à VLAN 1 e efectue de novo o teste. R1. Pretende-se reinicializar as configurações do Switch. Seleccione o menu system/control/initialize (Reset factory defaults) Do you wish to continue: yes R2. Pretende-se reinicializar as configurações de endereçamento IP. Seleccione o menu protocol/ip/initializeconfig Do you wish to continue (yes,no)[no]: yes 4. Referências CRC/JML

8 - Documento Web de descrição de VLANs e que utilizem a norma 802.1Q, disponível em: Agosto de Manual de implementação,superstack 3 Switch 4200 Family, 3com, Junho de 2005, - Descrição de VLANs, documento Web disponível em: - Manual online do Switch 3com, disponível em: Outubro de Histórico CINEM GuiaoLab3 - VLANs - v CINEM GuiaoLab3 - VLANs - v CRC/JML