Objetivos: i) Verificar o impacto de loops em redes locais ii) Configurar o protocolo STP para remover loops da rede

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1 Laboratório de Redes de Computadores 2 8 o experimento Objetivos: i) Verificar o impacto de loops em redes locais ii) Configurar o protocolo STP para remover loops da rede Introdução A interligação de segmentos de uma LAN pode conter enlaces redundantes para prover tolerância a falhas: caso um enlace falhe, o que isolaria uma parte da rede, outro enlace pode ser usado para manter a conectividade. No entanto a existência de enlaces redundantes cria loops ( circuitos fechados ) na rede, e isto causa sérios problemas: i) Os switches não conseguem localizar corretamente as estações, pois a repetição de quadros para estações ainda desconhecidas, ou quadros em broadcast, faz com que a estação de origem apareça a cada repetição em um segmento diferente da rede. ii) Quadros em broadcast ficam presos eternamente nos loops, consumindo parte da capacidade da rede. À medida que mais quadros em broadcast forem transmitidos, a capacidade disponível se reduz, até que em algum momento chegue a um colapso. A solução para esse problema é eliminar os loops desabilitando alguns enlaces, de forma que sempre exista apenas um caminho entre cada par de estações na rede. Isto se faz com um algoritmo chamado de Spanning Tree, e que é implementado pelo protocolo STP (Spanning Tree Protocol), definido na norma IEEE 802.1d. Esse protocolo identifica um switch como sendo o nó raiz da rede, e faz com que cada outro switch tenha apenas um enlace em direção à raiz. A seleção do nó raiz depende dos identificadores dos switches, chamados de Bridge ID, e a escolha dos enlaces a serem mantidos depende do custo do caminho até a raiz. O protocolo funciona com o envio periódico de mensagens de configuração, chamadas de BPDU (Bridge PDU), por todos os switches da rede. Roteiro O estudo sobre STP aproveitará a rede usada para a introdução a VLANs, vista na aula anterior. Essa rede possui uma estrutura típica para uma pequena empresa, como se pode ver na figura abaixo. Nela existem três subredes: uma contendo os servidores, outra com os computadores dos usuários e uma terceira com os computadores dos diretores. Essas subredes são interligadas por um computador com função de gateway, que também provê acesso a Internet. Devido à distribuição dos computadores e servidores, e disponibilidade de switches, as subredes são implantadas com

2 VLANs. Finalmente, o gateway fornece o serviço DHCP para as subredes dos usuários e dos diretores, e o serviço DNS para toda a rede, além de NAT. Ilustração 1: Rede do experimento 1. Conecte os switches conforme mostrado na figura 1. Antes de fechar o laço entre os switches teste se as VLANs estão configuradas corretamente. Deixe também o DHCP funcionando corretamente nas subredes dos usuários e dos diretores. 2. A implantação da rede será concluída com a implantação do gateway e instalação dos servidores. O gateway deve fazer NAT entre as subredes e a rede do laboratório, servir DNS para as subredes, e prover DHCP para a subrede dos usuários. Não esqueça de habilitar a função de gateway: echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forwarding O NAT deve ser configurado na interface de saída do gateway da seguinte forma: iptables -t nat -A POSTROUTING -o eth0 -s /26 -j SNAT to-source IP_externo_gateway iptables -t nat -A POSTROUTING -o eth0 -s /24 -j SNAT to-source IP_externo_gateway Como será usada apenas uma interface de rede no gateway para interligar as subredes do laboratório, dos servidores e dos usuários, será necessário criar interfaces virtuais baseadas em VLANs. Isso implica o gateway ser um equipamento que entende VLAN IEEE 802.1q. No Linux podem-se configurar interfaces virtuais associadas a VLANs usando-se o comando vconfig add interface VID - ex: vconfig add eth0 5 adiciona à interface eth0 uma interface virtual (que vai se chamar eth0.5) para a VLAN 5. Use esse comando para

3 criar as interfaces virtuais necessárias. Em seguida configure o endereço IP dessas interfaces normalmente. O DHCP deve prover a subrede dos usuários com IPs na faixa a , com tempo de concessão (lease time) de 1 dia. Para a subrede dos diretores devem-se fornecer endereços entre e , com tempo de concessão também de 1 dia. O DNS deve servir apenas como cache, e deve aceitar atender requisições somente se originadas nas subredes internas. Obs: caso não exista o comando vconfig, instale-o da seguinte forma: sudo apt-get install vlan 3. Antes de fazer a ligação entre switch 3Com e o switch da direita (o que configuraria o loop), teste se a rede está funcionando. Computadores em diferentes subredes devem conseguir obter endereços IP via DHCP e se comunicar, e o acesso à Internet deve estar funcionando (incluindo DNS). Para conferir a correta configuração da rede, faça esses testes tanto com o enlace entre switch 3Com e switch da direita quanto da esquerda (um de cada vez). 4. Agora conecte o switch 3Com aos switches da esquerda e da direita. Gere tráfego entre computadores de ambas as bancadas (ex: faça ping entre eles). Há algum efeito no funcionamento da rede? Ative o laço entre os switches e repita o ping. O que aconteceu depois disso? 5. Execute o wireshark no seu computador, e colete o tráfego que chega na interface eth0. O que você conclui quanto ao tráfego na rede? Descreva exatamente o que está acontecendo e qual a causa. 6. Mantendo o wireshark ligado, desconecte um dos cabos que interliga os switches. O que aconteceu no padrão de tráfego mostrado pelo wireshark? E como ficou o desempenho da rede? Como você relaciona isso com o que foi concluído no ítem 5? 7. Ative o protocolo STP em ambos os switches (comando enable stp, ou diretamente via interface web), e então repita os passos de 4 a 6. A rede funcionou normalmente desta vez? 8. Execute o ping para algum computador da outra bancada. Enquanto isto, desconecte um dos cabos que interliga os switches. O ping continuou a funcionar? 9. Reconecte o cabo que foi removido, e desconecte o outro cabo. Como se comportou o ping enquanto isso? 10. O que você conclui sobre o papel do protocolo STP em redes locais em que há ligações alternativas (i.e: a topologia física da rede apresenta laços ou ciclos)? 11. Para exercitar a compreensão tanto de como funciona o STP quanto VLANs, vamos estender a rede do experimento. Dois switches foram acrescentados, de forma que a rede ficou com a seguinte topologia:

4 Os novos switches são PC switch 1 e PC switch 2 (serão usados computadores com Linux e duas interfaces de rede para emular switches). Ambos devem ter Bridge ID 10, e estarem com STP habilitado. Antes de implantar essa rede analise-a e identifique quem será a raiz, quais serão as portas raiz e que portas ficarão em estado forwarding e quais ficarão em estado blocked. 12. Implante a rede descrita no ítem 11, e compare a topologia resultante (gerada pelo STP) com a que você previu. Para implantar os PC switch será necessário usar o comando brctl (bridge control); caso não esteja disponível instale-o com sudo apt-get install bridge-utils. Para configurar cada PC switch faça assim: # Cria uma interface bridge para cada VLAN brctl addbr vlan5 brctl addbr vlan10 # Cria interfaces virtuais para as VLANs. Precisa fazer isso em cada interface física vconfig add eth0 5 vconfig add eth0 10 vconfig add eth1 5 vconfig add eth1 10 # Adiciona as interfaces virtuais às interfaces bridges brctl addif vlan5 eth0.5 brctl addif vlan5 eth1.5 brctl addif vlan10 eth0.10 brctl addif vlan10 eth1.10

5 # Define o Bridge ID do STP brctl setbridgeprio vlan5 10 brctl setbridgeprio vlan10 10 # Ativa o STP brctl vlan5 stp on brctl vlan10 stp on Para ver o estado do STP, execute esses comandos: brctl showstp vlan5 brctl showstp vlan10