Edição atual tal como às 09h52min de 28 de abril de 2020

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

Guia sobre a CLI do switch Cisco 2960
Guia sobre a CLI de roteadores Cisco série 1900, 2900 e 3900
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

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:
Configure os endereços IP dos computadores, de forma que eles façam parte da mesma subrede.
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:
Abra a tela do sniffer, e acesse a aba GUI. Deixe essa tela aberta, pois ali aparecerão os pacotes monitorados.
Em um dos computadores faça ping para algum dos outras computadores. Observe o que o sniffer mostra ... as mensagens do ping aparecem ali ?
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 ?
Para esclarecer melhor o comportamento do switch, conecte um sniffer entre cada computador e o switch. A rede deve ficar assim:
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

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:
Configure os endereços IP dos computadores, de forma que eles façam parte da mesma subrede.
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
Teste a comunicação entre os computadores, o que pode ser feito com ping.
Novamente visualize a tabela de endereços MAC do switch, comparando seu conteúdo com o que foi mostrado anteriormente
Compare os endereços MAC contidos nessa tabela com os dos computadores.
Desconecte o cabo de um dos computadores, e em seguida observe novamente a tabela de endereços MAC no switch. O que mudou ?
Espere alguns minutos, e então veja novamente a tabela de endereços MAC no switch. Qual seu conteúdo ?
Novamente inicie ping a partir de um dos computadores. Olhe a tabela de endereços MAC no switch. Como está seu conteúdo ?
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:

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

Depois desse planejamento, implante essa rede no Packet Tracer !

@@ Linha 1: / Linha 1: @@
-__notoc__
+__toc__
@@ Linha 7: / Linha 7: @@
-Nas [[PJI11103:_Introdução_a_LAN|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 dispostivos 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.
+Nas [[PJI11103:_Introdução_a_LAN|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.
-{{collapse top|Interligação de LANs ([http://standards.ieee.org/findstds/standard/802.1D-2004.html norma IEEE802.1D])}}
+= Interligação de LANs ([http://standards.ieee.org/findstds/standard/802.1D-2004.html padrão IEEE802.1D]) =
-* [https://www.youtube.com/watch?v=Ofjsh_E4HFY Comparação entre hub (??), switch e roteador]
+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.
+<youtube>Ofjsh_E4HFY</youtube>
+<br>''Comparação entre hub (??), switch e roteador''
-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, ...
+== 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.
+<youtube>1z0ULvg_pW8</youtube>
+<br>''Como switches aprendem os endereços MAC dos demais equipamentos (ver a partir de 1:45)''
-Nos dias atuais, não é mais usual utilizar bridges para dividir a rede em segmentos pois os switches já desempenham essa função. 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.
 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:
@@ Linha 45: / Linha 50: @@
 = Atividade =
+# [https://www.cisco.com/c/en/us/td/docs/switches/lan/catalyst2960/software/release/12-2_40_se/command/reference/cr/intro.pdf Guia sobre a CLI do switch Cisco 2960]
+# [https://www.cisco.com/c/en/us/td/docs/routers/access/1900/software/configuration/guide/Software_Configuration/routconf.html Guia sobre a CLI de roteadores Cisco série 1900, 2900 e 3900]
 # Quais são as características dos switches do laboratório ?
 #* TP-Link SG-3210 [http://tele.sj.ifsc.edu.br/~msobral/pji3/TL-SG3210(UN)_V2_UG.pdf (manual)]
 #* Cisco Catalyst ??? [http://www.sj.ifsc.edu.br/~msobral/IER/roteiros/SP1658B_Manual.pdf (manual)]
 #* Intelbras SG 2404 NB [http://tele.sj.ifsc.edu.br/~msobral/RCO2/docs/3Com-2824.pdf (especificações)]
-# Realizar [[PJI11103-lab6|estes experimentos]].
-{{collapse bottom}}
-{{collapse top|Segmentação de LANs}}
-A segmentação física é uma solução aparentemente simples e direta. Cada subrede deve ser composta de uma estrutura exclusiva, contendo seus switches e cabeamentos. No entanto, para adotar esse tipo de segmentação, algumas modificações precisarão ser feitas na infraestrutura de rede existente. Observe a estrutura física da rede do campus:
+<youtube>-zvihHxrfzM</youtube>
+''Introdução a CLI de equipamentos Cisco''
-[[imagem:Rede-ifsc-sj.png|600px]]
+<youtube>uOR4pCH2l_U</youtube>
+''Outra introdução a CLI de equipamentos Cisco''
+== Parte 1: Como switches encaminham quadros ==
-O que seria necessário fazer para implantar uma segmentação física ?
+'''Objetivos:'''
+* Identificar como switches encaminham quadros entre os equipamentos a ele conectados
-= Segmentação com VLANs =
+# 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:<br>[[imagem:ier-Lan1-pktrc.png]]
+# Configure os endereços IP dos computadores, de forma que eles façam parte da mesma subrede.
+# 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: <br>[[imagem:ier-Lan0-sniffer.png]]
+# Abra a tela do ''sniffer'', e acesse a aba ''GUI''. Deixe essa tela aberta, pois ali aparecerão os pacotes monitorados.
+# Em um dos computadores faça ping para algum dos outras computadores. Observe o que o ''sniffer'' mostra ... as mensagens do ping aparecem ali ?
+# 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 ?
+# Para esclarecer melhor o comportamento do switch, conecte um sniffer entre cada computador e o switch. A rede deve ficar assim:<br>[[imagem:ier-Lan0-sniffers.png]]
+# 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 ?
-Se a reestruturação pudesse ser efetuada com mínimas modificações na estrutura física (incluindo cabeamento), a implantação da nova rede seria mais rápida e menos custosa. Para isso ser possível, seria necessário que a infraestrutura de rede existente tivesse a capacidade de agrupar portas de switches, separando-as em segmentos lógicos. Quer dizer, deveria ser possível criar '''redes locais virtuais''', como mostrado na seguinte figura:
+== Parte 2: Como switches aprendem ==
-[[imagem:Vlans.png]]
+'''Objetivos:'''
+* Visualizar a tabela de endereços MAC mantida em switches ethernet
+* Identificar como o switch aprende os endereços MAC dos equipamentos a ele conectados
-No exemplo acima, três redes locais virtuais ('''VLAN''') foram implantadas nos switches. Cada rede local virtual é composta por um certo número de computadores, que podem estar conectados a diferentes switches. Assim, uma rede local pode ter uma estrutura lógica diferente da estrutura física (a forma como seus computadores estão fisicamente interligados). Uma facilidade como essa funcionaria, de certa forma, como um ''patch panel'' virtual, que seria implementado diretamente nos switches.
+# 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:<br>[[imagem:ier-Lan1-pktrc.png]]
+# Configure os endereços IP dos computadores, de forma que eles façam parte da mesma subrede.
+# Visualize a tabela de endereços MAC mantida no switch. Isso pode ser feito em sua interface de linha de comando (CLI), usando este comando:<br><br>''show mac-address-table''<br><br>
+# Teste a comunicação entre os computadores, o que pode ser feito com ''ping''.
+# Novamente visualize a tabela de endereços MAC do switch, comparando seu conteúdo com o que foi mostrado anteriormente
+# Compare os endereços MAC contidos nessa tabela com os dos computadores.
+# Desconecte o cabo de um dos computadores, e em seguida observe novamente a tabela de endereços MAC no switch. O que mudou ?
+# Espere alguns minutos, e então veja novamente a tabela de endereços MAC no switch. Qual seu conteúdo ?
+# Novamente inicie ''ping'' a partir de um dos computadores. Olhe a tabela de endereços MAC no switch. Como está seu conteúdo ?
+# 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 ?
- '''Redes locais virtuais''' são técnicas para implantar duas ou mais redes locais<br>com topologias arbitrárias, usando como base uma infraestrutura de rede local física.<br>Isso é semelhante a máquinas virtuais, em que se criam computadores virtuais<br>sobre um computador real.
+<!--# Em seu computador execute o ''wireshark'', ativando a captura na interface ''eth0''
+# O professor irá executar ping para todos os computadores do laboratório. Observe no wireshark as mensagens ''ICMP echo request'' recebidas:
+#* Você consegue ver mensagens ''ICMP echo request'' destinadas a outros computadores ?
+#* Quais os endereços MAC de destino das mensagens mostradas pelo wireshark ? Compare-a com o endereço MAC da sua interface de rede eth0.
+# Agora o professor irá fazer ping para um endereço IP que ele sabe não estar ativo na rede (nenhum equipamento usa esse endereço).
+#* Você consegue ver mensagens ''ICMP echo request'' destinadas a esse endereço IP ?
+#* Qual o endereço MAC de destino das mensagens mostradas pelo wireshark ? Compare-a com o endereço MAC da sua interface de rede eth0.
+# Em seguida, o professor ativará um equipamento na rede que usa esse endereço IP, mantendo o ping em execução.
+#* Você consegue ver mensagens ''ICMP echo request'' destinadas a esse endereço IP ?
+#* Qual o endereço MAC de destino das mensagens mostradas pelo wireshark ? Compare-a com o endereço MAC da sua interface de rede eth0.
+# Por fim, o professor ativará fará um novo ping, porém desta vez destinado a um endereço IP de broadcast.
+#* Você consegue ver mensagens ''ICMP echo request'' destinadas ao endereço IP de broadcast?
+#* Qual o endereço MAC de destino das mensagens mostradas pelo wireshark ? Compare-a com o endereço MAC da sua interface de rede eth0.
+# Com esse experimento, o que se pode concluir sobre como um switch ethernet encaminha os quadros transmitidos em uma LAN ?
+# Finalmente, acesse a interface de gerenciamento do seu switch e visualiza a tabela de endereços MAC por ele mantida. Procure ali o endereço MAC do seu computador, e veja que informações o switch associa a ele.
+-->
-= Padrão IEEE 802.1q =
+== Parte 3: Segmentação de LANs ==
-Os primeiros switches com suporte a VLANs as implementavam de forma legada (i.e. não seguiam um padrão da indústria). Isso impedia que houvesse interoperabilidade entre equipamentos de diferentes fabricantes. Logo a IEEE formou um grupo de trabalho para propor mecanismos padronizados para implantar VLANs, dando origem ao padrão [http://tele.sj.ifsc.edu.br/~msobral/RCO2/docs/ieee/802.1Q-2005.pdf IEEE 802.1q]. Os fabricantes de equipamentos de rede o adataram largamente, suplantando outras tecnologias legadas (ex: [http://www.cisco.com/en/US/tech/tk389/tk689/technologies_tech_note09186a0080094665.shtml ISL] e [http://www.cisco.com/en/US/tech/tk389/tk689/technologies_tech_note09186a0080094c52.shtml VTP] da Cisco). Com isso, VLANs IEEE 802.1q podem ser criadas usando switches de fabricantes diferentes.
+Uma rede precisa ser reorganizada em três subredes em suas respectivas redes locais, como mostrado na figura a seguir:
-Atualmente, a implantação de VLANs depende de switches com suporte ao padrão IEEE 802.1q. Assim, verifique quais dos switches do laboratório possuem suporte a VLAN:
+[[imagem:ier-Tarefa-lan-segmentacao.jpg|400px]]
-* D-Link DES-526 [http://www.sj.ifsc.edu.br/~msobral/IER/roteiros/manual-des3526.pdf (manual)]
-* Micronet SP 1658B [http://www.sj.ifsc.edu.br/~msobral/IER/roteiros/SP1658B_Manual.pdf (manual)]
-* 3Com 3224 [http://www.3com.com/prod/pt_la_amer/detail.jsp?tab=prodspec&sku=3C16479 (especificações)]
-Uma VLAN é identificada por um número, chamado VID (''VLAN Identifier''), sendo que a VLAN com VID 1 é considerada a ''VLAN default'' (configuração de fábrica). Em um switch com suporte a VLAN IEEE 802.1q, cada porta possui um (ou mais ...) VID, o que define a que VLAN pertence. Assim, para criar uma VLAN, devem-se modificar os VID das portas de switches que dela farão parte. Por exemplo, em uma pequena rede com duas VLANs as portas dos switches podem estar configuradas da seguinte forma:
+Planeje essa modificação, listando:
+# Os equipamentos adicionais a serem utilizados (''dica'': switch 2960, roteador 2911)
+# As subredes a serem implantadas
-[[imagem:Bridge3.png]]
+# As configurações de rede que precisam ser feitas nos equipamentos
-Além do VID, a configuração da porta de um switch deve especificar o modo de operação da VLAN:
-* '''tagged (ou TRUNK):''' cada quadro transmitido ou recebido por essa porta deve conter o número da VLAN a que pertence. Esse modo é usado normalmente em portas que interligam switches.
-* '''untagged (ou ACCESS):''' quadros que entram e saem pela porta não possuem informação sobre a VLAN a que pertencem. Usado normalmente para conectar computadores e servidores a switches.
-Esses modos '''tagged''' e '''untagged''' implicam haver uma forma de um quadro Ethernet informar a que VLAN pertence. Isso é usado para restringir a propagação de quadros, fazendo com que sejam recebidos e transmitidos somente por portas de switches que fazem parte de suas VLANs.
-O padrão IEEE 802.1q define, entre outras coisas, uma extensão ao quadro MAC para identificar a que VLAN este pertence. Essa extensão, denominada tag (etiqueta) e mostrada na figura abaixo,  compõe-se de 4 bytes situados entre os campos de endereço de origem e ''Type''. O identificador de VLAN (VID) ocupa 12 bits, o que possibilita portanto 4096 diferentes VLANs.
-[[imagem:Quadro-8021q.png]]
-<br>''Quadro ethernet com a TAG IEEE 802.1q''
-A ''tag'' de VLAN, inserida em quadros Ethernet, está diretamente relacionada com os modos '''tagged''' e '''untagged''' de portas de switches. Portas em modo '''tagged''' transmitem e recebem quadros que possuem ''tag'', e portas em modo '''untagged''' recebem e transmitem quadros que não possuem ''tag''. Isso foi pensado para tornar a implantação de VLANs transparente para os usuários finais, pois seus computadores não precisarão saber que existem VLANs (i.e. não precisarão interpretar ''tags''). Por isso equipamentos que não interpretam ''tags'' são denominados ''VLAN-unaware'' (desconhecem VLAN), e equipamentos que recebem e transmitem quadros com ''tag'' são referidos como ''VLAN-aware'' (conhecem VLAN).
-'''Exemplo: simulador de switch com VLAN:'''
-<br>Esta animação possibilita simular a configuração de VLANs em um switch, e efetuar testes de transmissão. Experimente criar diferentes VLANs e observar o efeito em transmissões unicast e broadcast (clique na figura para acessar o simulador).
-[[imagem:Simulador-vlan.png|link=http://www2.rad.com/networks/2006/vlan/demo.htm|Um simulador de VLANs]]
-= Atividade =
-Realize [[PJI11103-lab6#Parte_2:_Segmenta.C3.A7.C3.A3o_de_LANs|estes experimentos]] sobre segmentação de LANs e [[PJI11103-lab6#Parte_3:_Segmenta.C3.A7.C3.A3o_de_LANs_com_VLANs|estes outros]]
+Depois desse planejamento, implante essa rede no Packet Tracer !
-{{collapse bottom}}

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