Curso de extensão em Administração de Redes

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1 Curso de extensão em Administração de Redes Italo Valcy da Silva Brito1,2 1 Gestores da Rede Acadêmica de Computação Departamento de Ciência da Computação Universidade Federal da Bahia 2 Ponto de Presença da RNP na Bahia Administração de Redes,

2 Licença de uso Todo o material aqui disponível pode, posteriormente, ser utilizado sobre os termos da: Creative Commons License: Atribuição - Uso não comercial - Permanência da Licença Parte desta apresentação foi baseada no mini-curso Administração de Redes: uma abordagem prática, de Luiz Barreto (PoP-BA/RNP), disponível em: 2

3 Agenda Camada de enlace Comutação em L2 VLAN Controle de Loop 3

4 Conceitos iniciais Equipamentos de rede Rede Roteador Layer 3 Switch Bridge Switch Enlace Física Repetidor Hub 4

5 Conceitos iniciais Interfaces 5

6 Conceitos iniciais Domínio de colisão e broadcast Domínio de colisão: Domínio de Colisão 6

7 Conceitos iniciais Domínio de colisão e broadcast Divisão do domínio de colisão: Domínio de Colisão 1 Domínio de Colisão 2 7

8 Conceitos iniciais Domínio de colisão e broadcast Domínio de broadcast: Domínio de Broadcast Domínio de Colisão 1 Domínio de Colisão 2 8

9 Conceitos iniciais Domínio de colisão e broadcast Divisão do domínio de broadcast: Domínio de Broadcast 1 Domínio de Broadcast 2 9

10 Conceitos iniciais Comutação Processo de alocação de recursos para transferência de informações Comutação de Circuitos vs Comutação de pacotes Comutação por camada: Layer 1 Sinais elétricos Layer 2 Endereço MAC Layer 3 Endereço IP 10

11 Comutação em L2 Leva em consideração o endereço físico Para redes diferentes, os endereços de origem e destino mudam a cada roteador Realizada pelos switches Unidade de transmissão: quadros Utiliza do protocolo ARP e tabelas MAC 11

12 Comutação em L2 Endereçamento Físico 00 : 12 : 3B : A7 : C2 : F1 Presente em todos os dispositivos de rede Endereço individual e único * Composto por 48 bits 24 bits representam o fabricante 24 bits representam a placa * Possível modificar via software 12

13 Comutação em L2 Endereçamento Físico Como um host troca dados com outro na rede? Sabemos o IP de destino, mas e o MAC? Um host deve conhecer o endereço MAC de todos os dispositivos de rede? Solução: Protocolo ARP 13

14 Comutação em L2 Address Resolution Protocol ARP Problema: máquina A quer enviar dados para máquina C. 14

15 Comutação em L2 Address Resolution Protocol ARP Passo 1: máquina A envia uma mensagem de ARP request para FF:FF:FF:FF:FF:FF Quem tem o IP , diga à ! 15

16 Comutação em L2 Address Resolution Protocol ARP Passo 2: O ARP request é replicado para todos os hosts da rede (exceto para o host de origem) 16

17 Comutação em L2 Address Resolution Protocol ARP Passo 3: O dono do endereço requisitado (host C) responde com um ARP reply para A está em 00:12:A3:07:AC:17 17

18 Comutação em L2 Address Resolution Protocol ARP Passo 4: máquina A recebe o ARP reply e aprende o endereço físico de C 18

19 Comutação em L2 Address Resolution Protocol ARP Passo 5: A pode, enfim, enviar os dados diretamente para C colocando no cabeçalho do pacote o endereço 00:12:A3:07:AC:17 19

20 Comutação em L2 Address Resolution Protocol ARP Tabela ARP em um host: 20

21 Comutação em L2 Address Resolution Protocol ARP Tabela de endereços MAC em um switch 21

22 Comutação em L2 Aprendizado de MAC no switch Problema: como os switches aprendem o(s) MAC(s) em cada porta? (Tabela MAC) MAC Porta 22

23 Comutação em L2 Aprendizado de MAC no switch Passo 1: A envia um ARP request (broadcast) Switch: humm... novo MAC de origem na porta 1: atualizar tabela! MAC Porta 00:12:A3:19:9A:BD 1 23

24 Comutação em L2 Aprendizado de MAC no switch Passo 2: O ARP request é replicado para todos os hosts da rede (exceto para o host de origem) MAC Porta 00:12:A3:19:9A:BD 1 24

25 Comutação em L2 Aprendizado de MAC no switch Passo 3: C envia um ARP reply para A (unicast) Switch: humm... novo MAC de origem na porta 4: atualizar tabela! MAC Porta 00:12:A3:19:9A:BD 1 00:12:A3:07:AC:

26 Comutação em L2 Aprendizado de MAC no switch Passo 4: A recebe o ARP reply e aprende o endereço físico de C. O switch envia somente para a porta 1, aprendida no passo anterior. MAC Porta 00:12:A3:19:9A:BD 1 00:12:A3:07:AC:

27 Comutação em L2 Comutação em L2 Resumo Pacotes enviados para endereço de broadcast: O switch envia para todas as portas, exceto a porta de entrada Pacotes enviados para endereço de unicast desconhecido*: O switch envia para todas as portas, exceto a porta de entrada Pacotes enviados para endereço de unicast conhecido: O switch envia para a porta contida na tabela MAC * A envia para B, mas o endereço de B não está na tabela MAC 27

28 VLAN O Problema Domínio de Broadcast Quanto maior a LAN, maior o domínio de broadcast Def.: Uma LAN inclui todos os dispositivos no mesmo domínio de broadcast Domínio de Broadcast Domínio de Colisão 1 Domínio de Colisão 2 28

29 VLAN O Problema Domínio de Broadcast Principais consequências: Segurança: interfaces em modo promiscuo podem capturar o tráfego enviado por difusão Ataques de mac-flooding agravam o problema Carga: algumas redes possuem maior carga de utilização que outras. Seria interessante separá-las Comunicação por difusão: quando mais broadcast na rede, maior o tempo de processamento de cada pacote Flexibilidade: agrupar hosts baseado em algum critério lógico (departamentos, tipo de usuários, etc.), independente da localização física 29

30 VLAN Solução: dividir o domínio de broadcast Domínio de Broadcast 1 Domínio de Broadcast 2 IMPORTANTE: desacoplar a topologia lógica da topologia física 30

31 VLAN VLAN Virtual LAN Separação de LANs independente da organização física (várias LANs em um switch, mesma LAN em switches diferentes, etc.) 31

32 VLAN Característica apresentada por alguns switches Permite agrupamento lógico de hosts, independente de sua localização física Pode ser composta por portas de diferentes switches Uma VLAN define um domínio de broadcast Ao receber um frame, o switch encaminha para todas as portas na mesma VLAN (broadcast ou unicast desconhecido) exceto origem 32

33 VLAN Exemplo 33

34 VLAN Exemplo 34

35 VLAN Implementação Cada VLAN possui um identificador único TAG ou marcação Número inteiro de 1 à 4096 O tag separa as tabelas MAC por VLAN Todo switch que suporta VLAN, vem préconfigurado com a VLAN 1 (vlan default) 35

36 VLAN Implementação Padronizado pelo IEEE na norma 802.1Q, modificando o cabeçalho Ethernet e adicionando alguns campos Padrões fechados (e.g. ISL da Cisco) Vantagem: aproveita features específicas do switch Desvantagem: sem interoperabilidade 36

37 VLAN Implementação Cabeçalho IEEE 802.1q Antes Depois 37

38 VLAN Tipos de VLAN Como saber para onde enviar? Cada porta é associada a alguma VLAN Cada MAC é associado a alguma VLAN Cada protocolo L3 ou endereço IP é associado a alguma VLAN (não recomendado) Mais usado: Port-based VLAN 38

39 VLAN Port-based VLAN Tabela de VLANs VLAN Portas VLAN 1 1-6, VLAN ,

40 VLAN Port-based VLAN Problema à vista: desperdício de portas 40

41 VLAN Tagged VLAN As diversas VLANs são transmitidas por uma única porta Melhor utilização das portas Conceitos Tag / VLAN ID Trunk port (tagged) vs Access port (untagged) Observações: Modo tagged: mais de uma VLAN por porta Modo untagged: uma única VLAN por porta 41

42 VLAN Tagged VLAN Problema: desperdício de portas Solução: porta trunk 42

43 VLAN Tagged VLAN 43

44 VLAN Inclusão e remoção de tags Geralmente as estações de trabalho não tem suporte a VLAN O tag é adicionado pelo switch nas portas de acesso (untagged) Na entrega do frame, o processo inverso deve ser feito 44

45 VLAN Inclusão e remoção de tags 45

46 VLAN VLANs na Cisco Simularemos a configuração de VLANs no GNS O GNS não simula switches Utilizaremos o módulo NM-16ESW no roteador c3600 para adicionar funcionalidades de switch Sempre adicionar links no modo manual 46

47 VLAN VLANs na Cisco Criação de novas VLANs: router# vlan database router(vlan)# vlan 154 name laboratorio154 VLAN 154 created: Name: laboratorio154 47

48 VLAN VLANs na Cisco Configuração de VLAN em uma porta (modo access/untagged) router# configure terminal router(config)# interface fastethernet 0/1 router(config-if)# switchport mode access router(config-if)# switchport access vlan 154 router(config-if)# no shutdown router(config-if)# exit 48

49 VLAN Prática 49

50 VLAN VLANs na Cisco Configuração de VLAN em uma porta (modo trunk/tagged) router# configure terminal router(config)# interface fastethernet 0/1 router(config-if)# switchport mode trunk router(config-if)# switchport trunk enc dot1q router(config-if)# no shutdown router(config-if)# exit 50

51 VLAN Prática 2 51

52 52

53 Spanning-tree Links redundantes Redes confiáveis são possíveis graças a equipamentos confiáveis e topologias de rede tolerantes a falhas Projeta-se a rede para convergir, assim a falha é ocultada Tolerância a falhas é alcançada com redundância Redundância significa estar em excesso com o que necessário ou natural 53

54 Spanning-tree Revisão Tipos de tráfego Unicast conhecido: O endereço de destino está na tabela MAC do switch Unicast desconhecido: O endereço de destino não está na tabela MAC do switch Multicast: o tráfego é enviado a um grupo de endereços Broadcast: o tráfego é encaminhado a todas as interfaces, exceto a interface de entrada 54

55 Spanning-tree Revisão Tipos de tráfego Unicast desconhecido 55

56 Spanning-tree Revisão Comutação L2 O switch aprende os MACs por porta, assim eles podem ser encaminhados corretamente O switch usa o MAC de origem dos frames para popular a tabela MAC (aprender o MAC) Switches fazem flood dos frames desconhecidos (unicast) até aprender o MAC do host Broadcast e multicast também são encaminhados em flood 56

57 Spanning-tree Topologia de switches redundantes 57

58 Spanning-tree Topologia de switches redundantes Maior tolerância a falhas x 58

59 Spanning-tree Topologia de switches redundantes Por outro lado, quando inexiste um mecanismo de controle de loop (e.g. STP desabilitado), podem ocorrer os seguintes problemas: Broadcast storm Instabilidade da tabela MAC Entrega duplicada 59

60 Spanning-tree O Problema Broadcast storm Suponha que Bob envie um frame em broadcast. O switch deve encaminhar o frame para todas as portas, exceto a porta de entrada 60

61 Spanning-tree O Problema Broadcast storm Suponha que Bob envie um frame em broadcast. O switch deve encaminhar o frame para todas as portas, exceto a porta de entrada 61

62 Spanning-tree O Problema Instabilidade da tabela MAC Suponha que Bob envie um frame em broadcast. Switch: Hmmm... o MAC de origem é , e ele vem da porta Fa0/13. Atualizar tabela MAC!! MAC Porta VLAN Fa0/13 VLAN

63 Spanning-tree O Problema Instabilidade da tabela MAC Suponha que Bob envie um frame em broadcast. Switch: Hmmm... o MAC de origem é , e ele vem da porta Gi0/1. Atualizar tabela MAC!! MAC Porta VLAN Gi0/1 VLAN

64 Spanning-tree O Problema Instabilidade da tabela MAC Suponha que Bob envie um frame em broadcast. Switch: Hmmm... o MAC de origem é , e ele vem da porta Gi0/2. Atualizar tabela MAC!! MAC Porta VLAN Gi0/2 VLAN

65 Spanning-tree O Problema Entrega duplicada Suponha que Bob envia um quadro para Larry, mas nenhum switch conhece o MAC de Larry ainda. Ou seja, o pacote é enviado a todas as interfaces (exceto a interface de entrada): 65

66 Spanning-tree O Problema Em resumo: Faz-se necessário mecanismos de controle de loop Padrão aberto Spanning Tree Protocol (IEEE 802.1d) Padrões proprietários EAPS (Extreme)... 66

67 Spanning-tree Funcionamento do STP STP previne o loop colocando cada interface do switch no estado Forwarding ou Blocking Forwarding: envia e recebe quadros normalmente Blocking: somente processa quadros do STP 67

68 Spanning-tree Funcionamento do STP Exemplo: Com STP, os switches não utilizam o link SW2-SW3 para tráfego da VLAN 68

69 Spanning-tree Algoritmo do STP O processo usado pelo STP (Spanning Tree Algorithm STA), decide quais portas colocar em estado Forwarding (FWD). As demais ficarão em estado de Blocking (BLK) São usado três critérios para decidir quando colocar uma interface em modo Forwarding Caso a topologia mude, é necessário recalcular essa configuração. Inicia-se o processo de convergência do STP. 69

70 Spanning-tree Algoritmo do STP Conceitos Na execução do algoritmo do STP, alguns conceitos são importantes: Bridge ID Root switch Path cost BPDU 70

71 Spanning-tree Algoritmo do STP Bridge ID O Bridge ID (BID) identifica unicamente cada bridge ou switch na rede O BID será usado na eleição do root switch Consiste em dois componentes: Prioridade (2-bytes): na Cisco o default é para VLAN 1 ID do sistema (6-bytes): endereço MAC 71

72 Spanning-tree Algoritmo do STP Bridge ID ALSwitch#show spanning-tree VLAN0001 Spanning tree enabled protocol ieee Root ID Priority Address 0003.e Cost 19 Port 23 (FastEthernet0/23) Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Bridge ID Forward Delay 15 sec Priority (priority sys-id-ext 1) Address 000b.fc28.d400 Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec Aging Time 300 Interface Name Fa0/23 Port ID Designated Prio.Nbr Cost Sts Cost Bridge ID FWD e Port ID Prio.Nbr ALSwitch# 72

73 Spanning-tree Algoritmo do STP Root switch O root-switch é uma especie de nó de referência no processo STP. A partir dessa referência, é feito o calculo dos caminhos existentes (e possivelmente redundantes) 73

74 Spanning-tree Algoritmo do STP Path Cost Switches usam o conceito de custo para mensurar quão próximo ele está dos outros Menor custo == melhor Isso será usado na criação da topologia livre de loop O custo geralmente está associado com a velocidade do enlace, o IEEE padronizou da seguinte forma (tabela incompleta): Link Speed Custo 10 Gbps 2 1 Gbps Mbps Mbps

75 Spanning-tree Algoritmo do STP Path Cost 75

76 Spanning-tree Algoritmo do STP BPDU Mensagens trocadas pelos switches para configuração do STP Bridge Protocol Data Unit (BPDU) Hello BPDU 76

77 Spanning-tree Algoritmo do STP STP elege o root switch. Todas as interfaces do root switch são colocadas em FWD STP escolhe a interface de menor custo para o root switch, chamada root port (RP), e a configura em FWD Cada designated port (DP) nas LAN's entre switches (porta com menor custo para o root switch), são configuradas em modo FWD Todas as outras portas são configuradas como BLK Estudaremos esses critérios com mais detalhes a seguir... 77

78 Spanning-tree Algoritmo do STP escolha do root-switch 1. O nó com menor ID é escolhido para ser o root switch 78

79 Spanning-tree Algoritmo do STP escolha do root-switch 1. O nó com menor ID é escolhido para ser o root switch (SW1 vence) 79

80 Spanning-tree Algoritmo do STP definição das root-ports 2. Cada switch (não root) escolhe uma, única, root port (RP) (porta com menor custo para o root switch) e a configura em modo FWD: Como calcular o custo para o root-switch? Custo listado no Hello BPDU + Custo da porta 80

81 Spanning-tree Algoritmo do STP definição das root-ports 81

82 Spanning-tree Algoritmo do STP definição das root-ports 82

83 Spanning-tree Algoritmo do STP definição das designated-ports 3. São determinadas as designated ports (DP) nas LAN's entre switches (porta que divulga o menor custo no pacote Hello BPDU em um segmento LAN), configurando-a em modo FWD. - Vamos ao exemplo... 83

84 Spanning-tree Algoritmo do STP definição das designated-ports LAN 84

85 Spanning-tree Algoritmo do STP definição das designated-ports Designated-port 85

86 Spanning-tree Algoritmo do STP Blocking nas outras 4. As outras portas, são configuradas em modo Blocking... 86

87 Spanning-tree Algoritmo do STP resultado Root-switch FWD FWD FWD Root-port FWD FWD Designated-port Root-port 87

88 Spanning-tree Algoritmo do STP resultado Root-switch FWD FWD FWD Root-port FWD Root-port x FWD Designated-port 88

89 Spanning-tree Algoritmo do STP resultado Portas no modo Blocking não encaminham pacotes normais, exceto pacotes Hello BPDU, evitando a situação de loop. x 89

90 Spanning-tree Reagindo a mudanças na rede Uma vez que a topologia STP foi determinada, ela não mudará a menos que ocorram mudanças na topologia. O root-switch envia um novo Hello BPDU a cada dois segundos, os switches encaminham o Hello modificando os campos Sender BID e Root Cost. Um switch considera o enlace como indisponível se passarem MaxAge * HelloTime segundos sem receber mensagens Hello. 90

91 Spanning-tree Reagindo a mudanças na rede Contadores de tempo do Algoritmo STP Hello: Tempo entre as mensagens Hello enviadas pelo root-switch. Default: 2 segundos Max Age: Timeout para recebimento do Hello. Default: 10 vezes Hello Forward delay: delay que afeta o processo quando uma interface muda de Blocking para Forward (ela passa pelos estados de Listening e Lerning). Default: 15 segundos 91

92 Spanning-tree Reagindo a mudanças na rede 92

93 Spanning-tree Reagindo a mudanças na rede Se o switch passar MaxAge segundos sem receber um Hello BPDU, ele inicia o processo de mudança da topologia STP: SW3 precisa reagir a mudança, já SW2 não precisa (ele continua recebendo as mensagens Hello) Eleição de root Rever as Root-ports Rever as Designated-ports restantes (se for o caso) 93

94 Spanning-tree Reagindo a mudanças na rede Eleição de root-switch SW1 continua sendo o root (BPDU recebida de SW2) Rever as root-ports Como só tem uma porta, ela será a de menor custo, logo será a root-port Verificar as designated-ports nas LAN's Não existem outras LAN's 94

95 Spanning-tree Reagindo a mudanças na rede Problemas: Convergência demorada (com valores padrões, é necessário 50 segundos) Solução proposta: Rapid STP (IEEE 802.1w) 95

96 Spanning-tree Spanning-tree na Cisco Já vem habilitado por padrão na VLAN 1 Listar configurações do spanning-tree: show spanning-tree Configurações: configure terminal spanning-tree? 96

97 Spanning-tree Prática Baixar o packet-tracer (simulador proprietário da Cisco) tar -xzf PacketTracer531.tar.gz cd PacketTracer53./install Localização: /var/lib/tmp/pt /var/lib/tmp/pt/packettracer Configurar a topologia a seguir... 97

98 Spanning-tree Prática Configure IP nos PCs Modifique o nome dos switches Pergunta: em SW3, como saber o root-switch? 98

99 Perguntas? Obrigado!!! ;-) 99

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