2 Tecnologias de redes locais

2 Redes locais 2 Tecnologias de redes locais 1/81

Tecnologias de redes Locais 2.7 Segmentação da rede 2.7 Segmentação da rede Bridges e Switches Ethernet 2/81

Segmentação da rede Motivações Motivações Extensão do comprimento da rede para além da distância máxima permitida Interligação utilizando meios físicos de transmissão diferentes (Cabo-F.O.-Cabo) Aumento do número de utilizadores na rede Aumento da Largura de Banda disponível para cada utilizador: Diminuindo as Colisões (Aumentando o nº de domínios de colisão) Diminuindo os Broadcasts (Aumentando o nº domínios de Broadcast) Segurança Básica Isolando diferentes segmentos (Domínios Broadcast) 3/81

Segmentação da rede Segmentação a diversos níveis do modelo OSI Routers Bridges Switches Repetidores 4/81

Tecnologias de redes Locais 2.7.1 Segmentação da rede 2.7.1 Segmentação da rede Com repetidores 5/81

Repetidores Interligação de segmentos (segmentação) com repetidores 1 domínio de Colisão : 1 Domínio de Broadcast Repetidor Operam ao nível físico: Regeneração do sinal digital, permitindo níveis baixos de potência em cada DTE Criam novo preâmbulo, para facilitar sincronização (retiming) Permitem aumentar a dimensão da rede (Atenção ao diâmetro máximo = 25.6 us a 10 Mbps, Senão: Late Collisions) Permitem isolar falhas num segmento (Se A Falha, B continua OK) Permitem interligar diferentes meios físicos com a mesma camada MAC 6/81

Interligação de segmentos com repetidores Na configuração em estrela (10-100BASET). HUB é um repetidor multiporto 1 domínio de Colisão : 1 Domínio de Broadcast HUB Colisões são sinalizadas em todos os portos Desvantagens e Limitações Não alteram a capacidade de tráfego da rede (Estendem o domínio de colisão) Ao aumentar o nº de estações, aumenta o nº de transceivers, alterando a impedância do cabo e originando reflexões no meio. Se excederem determinado limite o CSMA/CD falha. Distância extremo a extremo limitada Ao estender o domínio de colisão, devemos ter em conta o tempo de latência do vários meios envolvidos (Cobre, Fibra, repetidor...) O Slot Time tem que ser respeitado (10 Mbps = 51.2us, 100 Mbps = 5.12 us, etc...) Não permitem operação FULL-DUPLEX 7/81

Tecnologias de 2.7.2 redes Locais Segmentação da rede com Bridges 2.7.2 Segmentação da rede Com Bridges 8/81

Bridges Interligação de segmentos (segmentação) com bridges Operam ao nível MAC (Nível 2 do OSI) Efectuam filtragem Apenas repetem as tramas que se destinam ao outro segmento. (Alteram capacidade de tráfego na rede Apenas repetem as tramas recebidas sem erros (Verificam FCS) Aumentam o nº de domínios de colisão (e isolam-nos)-> Permite a extensão do segmento indefinidamente em teoria, pois o Slot Time tem significado por domínio de colisão 9/81

Interligação de segmentos (segmentação) com bridges N domínios de Colisão : 1 Domínio de Broadcast Bridge Tomam decisões de encaminhamento (Processo de filtragem) A bridge examina o endereço MAC para tomar decisões de encaminhamento de tramas (forwarding) Permitem interligar redes com camadas MAC diferentes (ex: 802.5 -> 802.3) -> Translacional 10/81

Vantagens Interligação de segmentos (segmentação) com bridges Vantagens Fazem a interligação ao nível MAC - mais eficiente Aumento do número de estações que se podem ligar à mesma rede local. Aumento da distância em que uma rede local se pode estender Divide a rede em sub-redes menores (segmentação). Aumenta a Fiabilidade devido ao isolamento dos segmentos Aumenta a Capacidade devido à filtragem Interligar redes com camadas MAC diferentes implica alteração das tramas. Verificam a integridade da trama (FCS) 11/81

Desvantagens Interligação de segmentos (segmentação) com bridges Desvantagens Aumento do tempo de comunicação entre estações As bridges são Store and Forward (Lêem toda a trama MAC antes de tomarem decisões de encaminhamento => Atrasos significativos) Bridging entre MACs diferentes - Translacionais O conteúdo das tramas tem que ser alterado Formatação da nova trama e cálculo de um novo FCS Não existe controlo de fluxo Uma bridge congestionada perde tramas 12/81

Interligação de segmentos (segmentação) com bridges Classificação das bridges quanto ao funcionamento Transparent Bridges Ou IEEE 802.1d (Spanning tree) Utilização em redes IEEE 802.3 Source Route Bridges Utilização em redes IEEE 802.5 (Token Ring) As estações é que determinam o caminho a seguir quando transmitem a trama Todos os caminhos são aprendidos através de tramas especiais de Broadcast Complexidade desaparece da Bridge, mas aparece nas estações Translational Bridges Entre camadas MAC diferentes Encapsulation Bridges Através da WAN Encapsulamento das tramas em X.25 ou Frame Relay Cada bridge é designada HALF BRIDGE Classificação das Bridges 13/81

Tecnologias de redes Locais 2.7.3 Transparent Bridging 2.7.3 Transparent Bridging 14/81

Características Tecnologias de redes Locais Transparent Bridging As estações não têm conhecimento da existência das bridges (transparent) O nível MAC na bridge trabalha em modo promíscuo (recebe e processa todas as tramas) As funcionalidades de filtragem e encaminhamento são automáticas A inicialização e configuração é automática Funções Aprendizagem dos endereços Filtragem e encaminhamento Evitar loops na rede Estados definidos pela norma 802.1d 1 Learing (Aprendizagem dos endereços) É neste processo que são construidas Tabelas de encaminhamento 2 Flooding (Difusão por todas as portas, excepto origem) 3 Filtering (Filtra as tramas para o mesmo segmento) 4 Forwarding (Encaminha tramas para outro segmento) 5 Aging (Caso a bridge não detecte tráfego de 1 determinado MAC, ao fim do Aging timer, o MAC é removido da tabela de encaminhamento) 15/81

Estado Inicial da Bridge Estado Inicial A bridge não tem informação sobre as estações ligadas A sua tabela de encaminhamento está vazia Tabela de encaminhamento Porto Endereço 16/81

1 Aprendizagem dos endereços Learning Tabela de encaminhamento Porto E0 Endereço 0260.8c01.1111 Estação A envia uma trama de dados para a estação C A bridge verifica que o endereço MAC de origem (na trama de dados) entra pela porta E0. A tabela de encaminhamento é preenchida com a relação Porta E0-> Estação A A bridge ainda não sabe qual a porta onde está a Estação C. Transmite-a por todas as portas Excepto pela de entrada (E0) -> Aos Unicast desconhecidos é efectuado flooding 17/81

1 Aprendizagem dos endereços (Continuação) Tabela de encaminhamento Porto E0 E3 Endereço 0260.8c01.1111 0260.8c01.4444 Estação D envia uma trama de dados para a estação C A bridge verifica que o endereço MAC de origem (na trama de dados) entra pela porta E3. A tabela de encaminhamento é preenchida com a relação Porta E3 -> Estação D A bridge continua sem saber qual a porta onde está a Estação C. Transmite-a por todas as portas Excepto pela de entrada (E3) -> Aos Unicast desconhecidos é efectuado flooding 18/81

2 Filtragem e / ou encaminhamento Filtering Tabela de encaminhamento Porto E0 E3 E2 E1 Endereço 0260.8c01.1111 0260.8c01.4444 0260.8c01.2222 0260.8c0333 O processo anterior continua até que toda a tabela esteja completa (todos transmitiram) Estação A envia uma trama de dados para a estação C O Endereço da estação C é conhecido (existe na tabela de encaminhamento) O tráfego é encaminhado para a porta E2. Não há flooding 19/81

2 Filtragem e / ou encaminhamento Tabela de encaminhamento Porto E0 E0 E1 E1 Endereço 0260.8c01.1111 0260.8c01.4444 0260.8c01.2222 0260.8c0333 O Processo é igual na interligação de dois segmentos Estação A envia uma trama de dados para a estação B O Endereço da estação B consta da tabela de encaminhamento, e está na mesma porta que o da estação A O Segmento E1 não é sobrecarregado com este tráfego -> FILTRAGEM 20/81

Tratamento das tramas BROADCAST e MULTICAST Tabela de encaminhamento Porto E0 E3 E2 E1 Endereço 0260.8c01.1111 0260.8c01.4444 0260.8c01.2222 0260.8c0333 Estação D envia uma trama de dados MULTICAST ou BROADCAST As tramas MULTICAST ou BROADCAST são transmitidas em todos os portos excepto o de origem (Flooded) Qual a razão para que isto aconteça? 21/81

Resumo Funcionamento Pacote recebido Aprende endereço de origem e refresca o aging timer Endereço de destino é: Broadcast, Multicast ou Unicast desconhecido? NÃO Endereço de destino e origem estão no mesmo interface? NÃO Encaminha dados Unicast para o porto correcto SIM SIM Efectua Flooding Efectua Filtragem 22/81

Tecnologias de redes Locais Topologias redundantes Topologias redundantes Não existem mecanismos de prevenção de LOOPS, nas tramas Ethernet ( Como o TTL no IP) LOOP Eliminam pontos únicos de falha na rede Provocam LOOPS, que conduzem a tempestades de broadcast e ao colapso da rede Conduzem a múltiplas cópias da mesma trama Conduzem a instabilidade nas tabelas de encaminhamento 23/81

Topologias redundantes Broacast Storm Broadcast Storm Servidor X envia um Broadcast Bridge A recebe o Broadcast -> Efectua Flooding Bridge B recebe o Broadcast -> Efectua Flooding. Bridge A recebe-o e novamente efectua Flooding As bridges propagam o tráfego infinitamente até ao colapso da rede 24/81

Topologias redundantes Duplicação de tramas Múltiplas cópias da mesma trama Acontecimento ocorre durante o processo de aprendizagem para tramas UNICAST Servidor X envia trama Unicast para o Equipamento Y (Router) no mesmo segmento Nenhuma das Bridges conhece o endereço MAC do Servidor Y (Não está na tabela de encaminhamento) Bridge A recebe a trama e Flooding. Bridge B recebe a trama e Flooding Equipamento Y (Router) Recebe duas cópias da mesma trama 25/81

Topologias redundantes Instabilidade tabelas encam. Instabilidade das tabelas de encaminhamento Acontecimento ocorre durante o processo de aprendizagem (TRAMAS UNICAST) Servidor X envia trama Unicast para o Equipamento Y (Router) no mesmo segmento Nenhuma das Bridges conhece o endereço MAC do Servidor Y (Não está na tabela de encaminhamento) Ambas as Bridges (A e B) aprendem o endereço MAC do servidor X pela porta 0 -> Efectuam Flooding As Bridges A e B aprendem incorrectamente o endereço MAC do servidor X pela porta 1 26/81

O Protocolo Spanning Tree (STP) Objectivos: Spanning Tree Organizar os segmentos da rede em àrvore de modo a remover os LOOPS possíveis A conectividade é mantida, desactivando automáticamente algumas bridges em caminhos redundantes A cada mudança de topologia da rede, o algoritmo é recalculado, voltando a activar automáticamente bridges em caminhos redundantes As bridges ganham inteligência e trocam mensagens de configuração e notificações de alteração de topologia A estas mensagens dá-se o nome de Bridge Protocol Data Units (BPDU s) História Desenvolvido por Radia Perlman na DEC Integrado na especificação IEEE 802.1d em 1990 27/81

STP Conceitos Chave 1 - Bridge ID Conceitos Chave 2 Custo do caminho (IEEE pós 1990) Identificador único da BRIDGE na rede Prioridade: Atribuída por processos de gestão Valor 0 maior prioridade: 65535 menor prioridade Valor por omissão: 32768 - Utilizados para seleccionar o melhor caminho para o destino (calculo da distância entre Bridges) 28/81

Algoritmo de cálculo STP Algoritmo de cálculo do Spanning Tree 1 Seleccionar 1 root bridge entre todas as bridges na rede -A root bridge eleita é a que apresenta o BRIDGE ID mais baixo. 2 Determinar 1 root port (RP) por cada Bridge existente na rede, excepto na Root Bridge -O root port é porto com o caminho de menor custo para a root bridge 3 Determinar 1 designated port (DP) por cada segmento existente - Recebe e envia tráfego do segmento -> Root Bridge e vice versa. - Para evitar Loops, só existe 1 DP por segmento - A bridge que contém o DP do segmento é chamada designated Bridge do segmento -O DP é porto com o caminho de menor custo acumulado para a root bridge 29/81

STP Algoritmo de cálculo do Spanning Tree 1 Designated Port por cada segmento estado Forwarding 1 Root Bridge por rede 1 Root Port por cada não Root Bridge Estado Forwarding Os não designated ports que não sejam root ports passam ao estado blocked Só Há 1 DP por segmento 30/81

Formato BPDU s Formato BPDU As mensagens BPDU s são responsáveis por: PDU s Configuração PDU s Topológicas Eleger a Root Bridge Determinar a localização de LOOPS Bloquear interfaces para prevenção de LOOPS Notificar a rede, de alterações topológicas Monitorizar o estado do Spanning Tree 31/81

BPDU Timers Timers Timers utilizados pelo Spanning Tree Timer Hello Time Forward Delay Message Age Príncipal Função Tempo entre envio dos BPDU de configuração pela Root Bridge Duração dos estados Listening e Learning Tempo que a bridge guarda o BPDU antes de o descartar Valor (defeito) 2 Seg. 15 Seg. 20 Seg. Timers são propagadas pela Root Bridge: Timers são utilizados para prevenir LOOPS Timers determinam o tempo de convergência do STP após falha de ligação 32/81

Estado das Portas no Spanning Tree Port States - Bloqueado pelo Administrador Nota: Passa de Blocking a Listening após decidir se é o Root Port ou Designated Port - Apenas recebe BPDU s - Construção da topologia activa da rede (Eleição da RB, RP s e DP s) - Construção da tabela de encaminhamento (Não processa tráfego durante aprendizagem dos endereços para reduzir o flooding na rede) Tempo de Convergência 50 Segundos - Envio / Recepção de dados (Também aprende endereços neste estado) 33/81

Diagrama de transição de estados Diagrama Transição de estados 20s 15s 15s 34/81

1- Eleição da Root Bridge ID da Bridge que envia o BPDU Eleição da Root Bridge Inicialmente, cada Bridge assume que é a Root Bridge (Root ID = Bridge ID) (Hello Time tipico = 2 seg.) Envia BPDUs de configuração para todos os portos em intervalos regulares Contém: ID da Bridge Root, Path Cost até à Root, ID da Bridge, ID do Porto,... Ao receber um BPDU de configuração: compara o Bridge ID que vem no BPDU com o seu ID: Caso: menor Bridge ID: Então a outra passa a ser a RB: Guarda este valor no Root ID Caso: maior Bridge ID: Descarta o BPDU de configuração: Assume que érb ID da Root Bridge Depois de se tornar Root Bridge Continua a enviar BPDUs de configuração em intervalos regulares (Hello Time típico = 2s) 35/81

1- Eleição da Root Bridge Depois da eleição, as restantes Bridges Deixam de gerar BPDUs de configuração Retransmitem os BPDUs de configuração recebidos da RB para as outras portas Actualizam o custo de chegar à Root (Root Path Cost) em todas as suas portas baseado nos BPDUs recebidos. Actualizam o campo Root Path Cost nos BPDUs somando o custo do porto de onde receberam o BPDU Nota importante: Os custos são incrementados na recepção do BPDU. Inalterados na retransmissão 36/81

1- Eleição da Root Bridge Qual das Bridges será a Root Bridge? Root =>Prioridades são iguais: MAC desempata ( ID X < ID Y) O que acontece se ligar uma bridge com ID menor (mesmo depois da eleição)? 37/81

2 - Escolha do Root Port RPC Escolha do Root Port Cada Bridge que não seja Root Bridge tem que ter um Root Port RP: É o Porto que está mais próximo (menor custo acumulado) da Root Bridge Selecção: Todos os portos da não RB recebem BPDU s da Root: O que tiver o Root Path Cost inferior éa Root Port Desempate: Menor ID da Bridge Emissora do BPDU: Menor ID do Porto da Bridge Emissora do BPDU: Nota: A Root Bridge anuncia os seus portos com custo = 0 38/81

2- Escolha do Root Port Bridge X é a Root Bridge => Bridge Y necessita escolher o Root Port Qual o Root Port na Bridge Y? Root Port Custo FastEthern et = 19 Custo Total Fast Eth. = 0 (Root) + 19 = 19. Custo Ethernet = 100 Custo Total Eth. = 0 (Root) + 100 = 100. 39/81

3 - Escolha do Desigated Port Escolha do Designated Port Cada Segmento tem que ter um único Designated Port. (Desta forma evitam-se os LOOP s na rede) A função do Designated Port é processar tráfego de entrada e saída do segmento DP: É o porto que tem menor custo acumulado do segmento até à Root Bridge Selecção: Todos os portos da não RB recebem BPDU s da Root: O que tiver o Root Path Cost (Entre Segmento e RB) inferior éo Designated Port Desempate: Menor ID da Bridge Emissora do BPDU: Menor ID do Porto da Bridge Emissora do BPDU: Todas as restantes portas ficam no estado Blocking 40/81

3- Escolha do Desigated Port Bridge X é a Root Bridge Porto 0 Bridge Y é o Root Port Qual o Designated Port no Segmento B? É o porto de Menor Custo Acumulado entre segmento B e a RB (Root Path Cost) Custo do P0 da RB = 0. (Está directamente ligado à RB) Custo: 0 DP P0 P0 RP Custo: 0+19 RB Custo: 0 P1 P1 DP NDP Custo: 0+100 Nota: Todos os portos na Root Bridge são Designated Port Qual o Designated Port no Segmento A? É o porto menor Custo Acumulado entre segmento A e a RB (Root Path Cost) Custo do P1 da RB = 0. (Está directamente ligado à RB) 41/81

Exemplos Exemplo Configuração Spannig Tree 42/81

Assinalar a RB, RP s e DP s para a rede seguinte: BID=32768.AA-AA-AA-AA-AA-AA 10 Mbps 10 Mbps 1/1 1/2 Seg 1 Seg 2 1/1 1/1 1/2 BID=32768.BB-BB-BB-BB-BB-BB 1/2 BID=32768.CC-CC-CC-CC-CC-CC 10 Mbps Seg 3 43/81

1 Determinar a Root Bridge 44/81

Assinalar a RB, RP s e DP s para a rede seguinte: RB 10 Mbps 10 Mbps 1/1 1/2 BID=32768.AA-AA-AA-AA-AA-AA Seg 1 Seg 2 RB: Menor Bridge ID 1/1 1/1 1/2 BID=32768.BB-BB-BB-BB-BB-BB 1/2 BID=32768.CC-CC-CC-CC-CC-CC 10 Mbps Seg 3 45/81

2 Determinar os Root Ports 46/81

Assinalar a RB, RP s e DP s para a rede seguinte: 1 BPDU RB 10 Mbps 10 Mbps 1/1 1/2 Custo 0 Seg 1 Seg 2 1 BPDU Custo 0 1 - RB: Envia BPDU s Custo 0 1/1 1/1 1/2 1/2 10 Mbps Seg 3 47/81

Assinalar a RB, RP s e DP s para a rede seguinte: 1 BPDU RB 10 Mbps 10 Mbps Custo 0 Seg 1 Seg 2 1/1 BPDU Custo 100 1/1 1/2 2 1 1/1 BPDU Custo 0 1 - RB: Envia BPDU s Custo 0 2 Bridge B: Recebe BPDU porta 1/1 e adiciona Custo da Porta 1/1 (100) ao Root Path Cost do BPDU 1/2 1/2 10 Mbps Seg 3 48/81

Assinalar a RB, RP s e DP s para a rede seguinte: 1 BPDU RB 10 Mbps 10 Mbps Custo 0 Seg 1 Seg 2 1/1 BPDU Custo 100 1/1 1/2 2 1 1/1 BPDU Custo 0 1 - RB: Envia BPDU s Custo 0 2 Bridge B: Recebe BPDU porta 1/1 e adiciona Custo da Porta 1/1 (100) ao Root Path Cost do BPDU 3 Bridge B: Retransmite BPDU Alterado por todas as portas, excepto a de entrada (RPC Inalterado) 1/2 1/2 BPDU 3 Custo 100 10 Mbps Seg 3 49/81

Assinalar a RB, RP s e DP s para a rede seguinte: 1 BPDU RB 10 Mbps 10 Mbps Custo 0 Seg 1 Seg 2 1/1 BPDU Custo 100 1/1 1/2 2 1/2 1/2 BPDU Custo 100 3 10 Mbps 4 BPDU Custo 100 1 1/1 BPDU Custo 0 4 BPDU Custo 200 1 - RB: Envia BPDU s Custo 0 2 Bridge B: Recebe BPDU porta 1/1 e adiciona Custo da Porta 1/1 (100) ao Root Path Cost do BPDU 3 Bridge B: Retransmite BPDU Alterado por todas as portas, excepto a de entrada (RPC Inalterado) 4 Bridge C: Recebe BPDU porta 1/2 e adiciona Custo da Porta 1/2 (100) ao Root Path Cost do BPDU (200) Seg 3 50/81

Assinalar a RB, RP s e DP s para a rede seguinte: 1 BPDU 10 Mbps 10 Mbps Custo 0 Seg 1 Seg 2 1/1 BPDU Custo 100 2 10 Mbps Seg 3 RB 1/1 1/2 1/2 1/2 BPDU Custo 100 3 4 BPDU 5 BPDU Custo 100 Custo 100 1 1/1 BPDU Custo 0 4 BPDU Custo 200 1 - RB: Envia BPDU s Custo 0 2 Bridge B: Recebe BPDU porta 1/1 e adiciona Custo da Porta 1/1 (100) ao Root Path Cost do BPDU 3 Bridge B: Retransmite BPDU Alterado por todas as portas, excepto a de entrada (RPC Inalterado) 4 Bridge C: Recebe BPDU porta 1/2 e adiciona Custo da Porta 1/2 (100) ao Root Path Cost do BPDU (200) 5 Bridge C: Também Recebe BPDU porta 1/1. Adiciona Custo porta 1/1 (100). Decisão Qual o Root Port 51/81

O Mesmo sucede para a Bridge B Assinalar a RB, RP s e DP s para a rede seguinte: 1 RP BPDU 10 Mbps 10 Mbps Custo 0 Seg 1 Seg 2 1/1 BPDU Custo 100 2 10 Mbps Seg 3 RB 1/1 1/2 1/2 1/2 BPDU Custo 100 3 4 BPDU 5 BPDU Custo 100 Custo 100 1 1/1 BPDU Custo 0 6 RP 4 BPDU Custo 200 1 - RB: Envia BPDU s Custo 0 2 Bridge B: Recebe BPDU porta 1/1 e adiciona Custo da Porta 1/1 (100) ao Root Path Cost do BPDU 3 Bridge B: Retransmite BPDU Alterado por todas as portas, excepto a de entrada (RPC Inalterado) 4 Bridge C: Recebe BPDU porta 1/2 e adiciona Custo da Porta 1/2 (100) ao Root Path Cost do BPDU (200) 5 Bridge C: Também Recebe BPDU porta 1/1. Adiciona Custo porta 1/1 (10). Decisão: Qual o Root Port 6 Bridge C: Elege Root Port = 1/1 52/81

3 Determinar os Designated Ports de cada Segmento 53/81

Custo Acumulado Root Path Cost= 100 Custo Acumulado Root Path Cost= 100 Custo Acumulado Root Path Cost= 0 10 Mbps DP 1/1 1/2 10 Mbps DP Seg 1 Custo Seg 2 Acumulado RP Root Path RP 1/1 Cost= 100 1/1 Seg 3 RB Custo Acumulado Root Path Cost= 0 1/2 DP BID=32768.CC-CC-CC-CC-CC-CC 1/2 BID=32768.BB-BB-BB-BB-BB-BB NDP Custo Acumulado Root Path 10 Mbps Cost= 100 1 DP segmento 1: Porto Com menor Root Path Cost do segmento 1 = Bridge A P1/1 2 DP segmento 2: Porto Com menor Root Path Cost do segmento 2 = Bridge A P1/2 3 DP segmento 3: RPC = Seg.3 Bridge B e Bridge C Desempate: Menor Bridge ID Bridge B P1/2 = DP Segmento 3 4 Bridge C P1/2 = NDP 54/81

Estados Finais de cada Porto FWD RB FWD 10 Mbps DP 1/1 1/2 10 Mbps DP Seg 1 Seg 2 FWD RP FWD RP 1/1 1/1 FWD 1/2 DP 1/2 BLK NDP 10 Mbps Evita LOOP Seg 3 55/81

Tecnologias de redes Locais Alteração de Topologia Alteração de topologia Segmentos Ligados via HUB FWD FWD 1/2 10 Mbps DP 1/1 1/2 10 Mbps DP Seg 1 Seg 2 RP FWD RP 1/1 1/1 DP FWD 10 Mbps Seg 3 HUB FWD 10 Mbps BLK 1/2 NDP 1 Falha Ligação Bridge B -> Seg.3 Bridge C não é notificada Nível Físico mantêm-se OK em P1/2 2 20seg (Max. Age) após a falha, Bridge C Termina período de validade do BPDU Que indica a Bridge 2, tem o DP do seg. 3 P1/2 Bridge C passa ao estado LISTEN Tentando tornar-se DP do seg. Agora têm o menor Root Path Cost 4 Após FW Delay, P1/2 Bridge C passa ao estado LEARNING 5 Após FW Delay, P1/2 Bridge C passa ao estado FORWARDING Tempo total de Convergência: Max Age + LISTEN + LEARNING 20s + 15s + 15s = 50 segundos 56/81

Alteração de topologia Segmentos Directamente Ligados FWD RB FWD FWD 10 Mbps DP 1/1 1/2 DP 10 Mbps Seg 1 Seg 2 RP FWD RP 1/1 1/1 1/2 Seg 3 1/2 DP NDP FWD 10 Mbps BLK 1 Falha Ligação Bridge B e Bridge C neste caso a porta 1/2 da Bridge C apresenta perda de sinal (Nível físico) 2 P1/2 BRIDGE C Passa imediatamente ao estado LISTENING (Não necessita de Aging Out) 3 Após FW Delay, P1/2 Bridge C passa ao estado LEARNING 4 Após FW Delay, P1/2 Bridge C passa ao estado FORWARDING Tempo total de Convergência: LISTEN + LEARNING 15s + 15s = 30 segundos 57/81

BPDU s de Alteração de topologia Topology Change BPDU São gerados cada vez que falha uma ligação Servem para acelerar o processo de alteração das tabelas de encaminhamento das Bridges Sem os Topology Change BPDU s: - Após o tempo de convergência, tabelas de encaminhamento continuam a apontar para o caminho em falha - Estas só seriam alteradas após o tempo de refrescamento ou Time out tipicamente = 300 s (5 minutos) Tempo total de Convergência Máximo seria: Converg. Máx + Alter. Tab. Encam. = 350 segundos 58/81

A BPDU s de Alteração de topologia FF-FF-FF-FF-FF-FF FWD FWD 1/2 Seg 1 10 Mbps DP 1/1 1/2 DP 10 Mbps Seg 3 10 Mbps Seg 2 RP FWD RP 1/1 1/1 DP FWD HUB FWD 10 Mbps TBPDU e Tabelas Encaminhamento BLK 1/2 NDP Tabelas de encaminhamento das Bridges para o Computador B Antes de receberem TBPDU s Tabela Bridge A Porto 1/1 Endereço Tabela Bridge B Porto 1/2 EE-EE-EE-EE-EE-EE Endereço Tabela Bridge C Porto 1/1 EE-EE-EE-EE-EE-EE Endereço EE-EE-EE-EE-EE-EE Após a Convergência do STP, não é possível ligação A<->B. Qual o Valor Correcto após recepção e processamento dos TBPDU s? B EE-EE-EE-EE-EE-EE 59/81

2.7.4 Switches 2.7.4 Switches 60/81

Comutadores (Switches) Características Comutadores - Inicialmente designados Switching Hubs ÉumHub inteligente, em que um up controla uma matriz de comutação - Permite várias ligações em simultâneo - Não há colisões (do ponto de vista das máquinas) -Opera ao nível 2 OSI (MAC) A comutação é baseada Endereço MAC de destino N domínios de Colisão : 1 Domínio de Broadcast Ligações simultâneas Tem as funcionalidades da bridge -Faz aprendizagem e filtragem de tramas baseadas nos endereços MAC -Retransmite apenas para a porta da máquina destino ou para todas quando não conhece a localização da máquina destino. -Éuma bridge implementada em Hardware 61/81

Switches Funcionamento -Store and Forward -Cut-through - Suporta portas a velocidades e modos diferentes simultaneam. -SuportaFull-Duplex com controlo de fluxo -Propaga Broadcasts (e Multicasts) para todas as portas (excepto a orig.) - Permite ou não, a implementação do STP (IEEE 802.1d) - Permite a redução do tráfego na rede - Efectua a comutação rápida das tramas (entrada para a(s) saída(s)) - Baixos tempos de latência Técnicas de comutação Arquitecturas Internas - Topologia em bus ou matriz Funcionamento 62/81

Tecnologias de redes Locais Técnicas de comutação Switches Técnicas de comutação Store and Forward Comutação Store and Forward - O Swicth lê e armazena toda a trama MAC presente à entrada na memória interna (RAM) - Permite a verificação do CRC descarta tramas erradas - Na ausência de erros efectua uma pesquisa pelo Endereço MAC de destino na tabela de encaminhamento, e efectua a ligação cruzada (através da matriz de comutação), encaminhando a trama para a porta de destino. (Caso esta seja a mesma porta de entrada, não há comutação) - Permite a filtragem por diversos campos da trama Tempo mínimo de latência StoreAndForward(Excluindo pesquisas tabela, etc.) τ [ s] = InterFrame Gap + [Tam.Preâm b. + SFD + Tamanho Trama (bits) Tempo Ex: a 10Mbps: 1 τ = 9.6μs + (64 + 7 + 1) 8( bit / byte ) 10Mbps = 67. 2μs 1 τ = 9.6μs + (1518 + 7 + 1) 8( bit / byte ) 10Mbps = 1. 23ms Trama + Preâmbulo + Delim. de 1 bit ] (2.70) Latência variável 63/81

Switches Técnicas de comutação Cut-through Latência - O comutador apenas lê o campo do endereço de destino presente na trama MAC Comutação Cut-trought - Após esta leitura, efectua uma pesquisa pelo Endereço MAC de destino na tabela de encaminhamento, e efectua a ligação cruzada (através da matriz de comutação), encaminhando a trama para a porta de destino. (Caso esta seja a mesma porta de entrada, não há comutação) - Apenas permite a filtragem pelo endereço de destino da trama MAC Tempo mínimo de latência Cut-trough (Excluindo pesquisas tabela, etc.) τ [ s] = InterFrame Gap + [Tamanho Preâmb. + SFD + Tamanho End. Trama (bits) Tempo de 1 bit] (2.71) Ex: a 10Mbps: 1 τ = 9.6μs + (6 + 7 + 1) 8( bit / byte ) = 20. 8μs Latência fixa 10Mbps Trama + Preâmbulo + Delim. 64/81

Tecnologias de redes Locais Comutação espacial Switches Arquitecturas Internas Cross Bar Simples (Comutação Espacial) 1 Entradas (n) n 3 Saídas - Cada Ligação requer o estabelecimento de um caminho físico entre a entrada e a saída - O número de pontos de cruzamento (Nx) aumenta com o quadrado do número de entradas (n) 2 N x = n (2.72) - Os pontos de cruzamento são ineficazmente utilizados ( Em principio nunca estão todos em simultânea utilização) - Arquitectura Cara - Pouco fiáveis ( A falha de um ponto de cruzamento implica a perda total de conectividade entre a entrada e a saída) - Não bloqueante 65/81

Switches Arquitecturas Internas Cross Bar de múltiplos estágios (Comutação espacial) - Redução do nº de pontos de cruzamento - Aumenta Fiabilidade: Caminhos redundantes entre entradas - saídas - Controlo das matrizes complexo - Pode ser bloqueante N N - Neste caso, o número de pontos de cruzamento foi reduzido de 100 para 48. 66/81

Switches Arquitecturas Internas Em BUS (Comutação temporal TDM) Comutação Temporal - Tem que serializar os dados recebidos 67/81

Switches Aplicações Aplicações - Port Switching (1 Endereço por porta) - Segment Switching (vários endereços por porta) 68/81

Switches Aplicações - Redes de alto débito e baixa latência - Backbone de rede em estrela 69/81

2.7.5 VLANs 2.7.5 Vlans 70/81

VLANS Virtual LAN s Conceitos N domínios de Colisão : N Domínios de Broadcast Vantagens: Segmentação + Flexibilidade + Segurança - Criação de redes locais virtuais sobre uma rede local física composta por 1 ou mais equipamentos activos - VLAN Azul não comunica com a Amarela nem Cinza - Vários domínios de colisão (= Switch = 1 por porta) - Vários domínios de brodcast (1 por VLAN) Definido nos Standard IEEE 802.1Q (1998) 71/81

VLANS - Cada VLAN funciona como uma bridge física separada - As VLAN s podem-se estender através de múltiplos switches (Marcação 802.1Q) - Os trunks (interligação de switches) utilizam encapsulamento especial (802.1Q) para poderem efectuar a distinção entre VLANs diferentes 72/81

VLANS Operação - Funcionamento só com um switch - No switch, é definido em cada porto o VLAN ID É a VLAN a que a porta está associada - Os Switches só encaminham tramas entre duas portas se elas pertencerem à mesma VLAN - Os Switches só encaminham tramas de BROADCAST para as portas pertencentes à VLAN onde ele foi originado - Funcionamento com vários switches - A(s) porta(s) de interligação entre switches: Pertencem a várias / todas as VLAN s. -> Retransmite as tramas de várias ou todas as VLAN s Estas portas (Tag Ports) efectuam a marcação das tramas propagadas Associam à trama o identificador da VLAN a que ela pertence Recalculam o CRC da trama 73/81

VLANS Interligação 802.1Q (802.1Q Trunking) Trunking 802.1Q Funcionamento com vários Switches 74/81

VLANS Interligação 802.1Q (802.1Q Trunking) Frame Tagging Trama Ethernet Frame Tagging Trama 802.1Q Novo FCS 75/81

VLANS Interligação 802.1Q (802.1Q Trunking) A trama passa a ter 1522 bytes Novos Campos 1.VLAN Type (2 byte) : Identifica o tipo de rede (Eth, T. Ring, etc) Ethernet = 0x8100 2.Tag Control Info (2 Byte): Formato da trama 802.1Q PRI (3 bit) -> Prioridade (IEEE 802.1p) CFI (1 bit) -> Reservado (=0) VLAN ID (12 bit) -> Idetificador da VLAN 0 Sem VLAN Id -> Só prioridade 1 VLAN por defeito (por omissão) Permite 4093 VLAN s 2 até FFE Valores a atribuir FFF Reservado 76/81

VLANS Spannig Tree em VLAN s VLAN Spanning Tree Cada VLAN pode ou não correr uma instância isolada do protocolo Spanning Tree (Como se 1 bridge por VLAN) Trunks 802.1Q Nota: A implementação de várias instancias de Spanning Tree (1 por VLAN) não é suportada pela norma IEEE 802.1q. Esta é definida na norma IEEE 802.1s (MST) 77/81

VLANS Interligação de VLAN s A interligação de VLAN s só é possível ao nível 3 do OSI É efectuada recorrendo a um Router SWITCH Com Suporte de VLANs Interligação de VLAN s (Routing) Router Com Suporte de VLANs (trunking 802.1Q) Trunk 802.1Q Router: Interliga as redes ao nível network (IP) Procede como duas redes IP directamente conectadas Encapsula / Desencapsula tramas 802.1Q 78/81

Resumo 2.7 Segmentação da rede. Bridging e Switching Introdução Segmentação com repetidores Segmentação com Bridges Transparent Bridging Topologias redundantes O Protocolo Spanning Tree (STP) Exemplos Operação STP Comutadores Ethernet (Switches) Princípios de funcionamento Comutação Espacial Comutação Temporal Aplicações VLANs Conceitos Operação Interligação de comutadores IEEE 802.1Q Formato de trama 802.1Q VLAN Spanning Tree Interligação de VLANs 79/81

Referências Leon Garcia Communication Networks,, Cap. VI Kennedy Clark Cisco Lan Switching - Cisco Systems CCIE Professional Development (Cap II STP) Radia Perlman Interconnections : Bridges, Switches, Routers and Internetworking Protocols (Cap III Transp. Bridging) Gilbert Ethernet Networks,, Design, Implementation, Operation and Management (Cap VI Switching) Stallings Data and Computer communications Cap. XV (LAN s) HALSALL Data communications, Computer Networks and Open Systems (Cap. VI LAN Protocols) 80/81

FIM 81/81