IER60808: Interligação de LANs

• Capítulo 15 do livro "Comunicação de Dados e Redes de Computadores, 4a ed.", de Behrouz Forouzan.
• Capítulo 5 (seção 5.4) do livro "Redes de Computadores e a Internet, 5a ed.", de James Kurose.
• Capítulo 4 do livro "Redes de Computadores, 4a ed.", de Andrew Tanenbaum.

Nas aulas sobre introdução a redes locais (LAN), foi visto que um elemento essencial para criar uma LAN é o switch. Esse equipamento serve para interligar os demais dispositivos que usam a rede, tais como computadores, servidores e roteadores. Toda a organização de uma LAN, que diz respeito ao desenho da rede (sua topologia) e controles sobre as comunicações dos dispositivos no escopo da LAN, são feitos nos switches por meio de algumas tecnologias para interligação de redes locais.

Interligação de LANs (padrão IEEE802.1D)

As LANs podem ser interligadas utilizando ativos de redes como: hubs, switches e roteadores. Porém nesta seção trataremos dos switches, que são equipamentos que funcionam em conformidade com o padrão IEEE 802.1D. Os switches são peças essenciais na infraestrutura de uma LAN. Sua função é comutar quadros entre os equipamentos a ele conectados. Veja neste video como um switch funciona.

Comparação entre hub (??), switch e roteador

Bridge learning

Nos dias atuais, não é mais usual utilizar bridges para dividir a rede em segmentos pois os switches já desempenham essa função (na verdade, switches são um tipo de bridge). Os switches criam segmentos individuais para cada host, o que elimina o problema das colisões, além de possibilitar segmentar uma rede. Um switch possui várias portas, cada qual podendo se conectar a um computador ou a uma outra LAN. A função do switch é repassar os quadros entre os computadores que estão conectados a ele, utilizando o endereço MAC de destino existente em cada quadro para determinar por qual porta retransmiti-lo.

Como switches aprendem os endereços MAC dos demais equipamentos (ver a partir de 1:45)

Um switch aprende dinamicamente os endereços MAC acessíveis em cada porta usando a técnica bridge learning. Para saber quais os endereços MAC conectados a cada porta, um switch registra em uma tabela o endereço MAC de origem de um quadro recebido por uma porta. Essa tabela de endereços MAC associa cada endereço aprendido à porta por onde o respectivo quadro foi recebido. Por exemplo, imagine 2 computadores, A e B, conectados a um mesmo switch porém em portas distintas como mostrado na Figura a seguir:

Se o computador A deseja se comunicar com B, A envia um pacote para B. Entretanto, o switch não saberá em um primeiro momento a qual porta o PC B esta conectado. Sendo assim, o switch registra em sua tabela que o computador A está conectado na porta 1 ...

... e envia o pacote de A para todas as portas.

Apenas o B aceita o quadro, pois o endereço MAC de destino nele contido corresponde a seu próprio endereço MAC. Supondo que B responda a mensagem de A (imagine que o quadro recebido por B contivesse uma mensagem ICMP echo request), o switch recebe esse quadro enviado por B, e então anota em sua tabela de endereços MAC o endereço MAC de origem desse quadro e a porta por onde foi recebido. Uma vez preenchida a tabela, o switch pode encaminhar os quadros diretamente para A e B, estabelecendo comunicação isolada entre os computadores de origem e destino. Por fim, os quadros de broadcast e multicast são sempre enviados por todas as portas do switch, a não ser que a rede seja explicitamente segmentada em VLANs (ver adiante).

• Para ver um novo exemplo veja esta animação

Atividade

1. Guia sobre a CLI do switch Cisco 2960
2. Guia sobre a CLI de roteadores Cisco série 1900, 2900 e 3900
3. Quais são as características dos switches do laboratório ?
   • TP-Link SG-3210 (manual)
   • Cisco Catalyst ??? (manual)
   • Intelbras SG 2404 NB (especificações)

Introdução a CLI de equipamentos Cisco

Outra introdução a CLI de equipamentos Cisco

Parte 1: Como switches encaminham quadros

Objetivos:

• Identificar como switches encaminham quadros entre os equipamentos a ele conectados

1. Crie uma rede com um switch modelo 2960 e três computadores. Conecte os computadores às portas do switch. A rede pode ficar parecida com esta:
   
2. Configure os endereços IP dos computadores, de forma que eles façam parte da mesma subrede.
3. Adicione um sniffer à rede, conectando-o a uma porta do switch. O sniffer monitora o tráfego em sua interfaces de rede, mostrando os pacotes que por ali passam. No PacketTracer, o sniffer é um tipo de dispositivo terminal (End device). A rede ficará assim:
   
4. Abra a tela do sniffer, e acesse a aba GUI. Deixe essa tela aberta, pois ali aparecerão os pacotes monitorados.
5. Em um dos computadores faça ping para algum dos outras computadores. Observe o que o sniffer mostra ... as mensagens do ping aparecem ali ?
6. Agora em um dos computadores faça ping para o endereço IP de broadcast. Observe o que o sniffer mostra ... as mensagens do ping aparecem ali ? O que parece que está acontecendo quando o switch retransmite quadros de um equipamento para outro ?
7. Para esclarecer melhor o comportamento do switch, conecte um sniffer entre cada computador e o switch. A rede deve ficar assim:
   
8. Repita o experimento em que um computador faz ping em algum outro computador. Observe então as telas dos sniffer ... quais deles mostraram as mensagens geradas pelo ping ? O que se pode concluir com isso ?

Parte 2: Como switches aprendem

Objetivos:

• Visualizar a tabela de endereços MAC mantida em switches ethernet
• Identificar como o switch aprende os endereços MAC dos equipamentos a ele conectados

1. Crie uma rede com um switch modelo 2960 e três computadores. Conecte os computadores às portas do switch. A rede pode ficar parecida com esta:
   
2. Configure os endereços IP dos computadores, de forma que eles façam parte da mesma subrede.
3. Visualize a tabela de endereços MAC mantida no switch. Isso pode ser feito em sua interface de linha de comando (CLI), usando este comando:
   
   show mac-address-table
   
   
4. Teste a comunicação entre os computadores, o que pode ser feito com ping.
5. Novamente visualize a tabela de endereços MAC do switch, comparando seu conteúdo com o que foi mostrado anteriormente
6. Compare os endereços MAC contidos nessa tabela com os dos computadores.
7. Desconecte o cabo de um dos computadores, e em seguida observe novamente a tabela de endereços MAC no switch. O que mudou ?
8. Espere alguns minutos, e então veja novamente a tabela de endereços MAC no switch. Qual seu conteúdo ?
9. Novamente inicie ping a partir de um dos computadores. Olhe a tabela de endereços MAC no switch. Como está seu conteúdo ?
10. Compare o comportamento do switch visto neste experimento, com respeito aos endereços MAC conhecidos, com o aprendizado da ponte (bridge learning) explicado na seção anterior. Foi possível identificar esse aprendizado do switch com este experimento ?

Parte 3: Segmentação de LANs

Uma rede precisa ser reorganizada em três subredes em suas respectivas redes locais, como mostrado na figura a seguir:

Planeje essa modificação, listando:

1. Os equipamentos adicionais a serem utilizados (dica: switch 2960, roteador 2911)
2. As subredes a serem implantadas
3. As configurações de rede que precisam ser feitas nos equipamentos

Depois desse planejamento, implante essa rede no Packet Tracer !