IER-2010-2

Instalação de Equipamentos de Redes: Diário de Aula 2010-2

Professor: Marcelo Maia Sobral (msobral@gmail.com)
Lista de email (forum): ier-ifsc@googlegroups.com
Atendimento paralelo: 2a e 3a de 10h às 11 h, 3a e 5a de 16h às 17h.

• Ementa

Bibliografia

• Antiga página da disciplina (2009-1 e 2009-2)
• Links para outros materiais, normas, artigos, e apostilas do prof. Jorge Casagrande
• Comunicação de dados e Redes de Computadores, de Berhouz Forouzan (alguns capítulos no Google Books)

Curiosidades

• Telex: um serviço já extinto (?!)
• História da Internet-BR (dissertação de Mestrado)
• O Ciberespaço e as Redes de Computadores na Construção de Novo Conhecimento
• Uma história das Redes de Computadores
• Uso do HDLC em missões espaciais (artigo da Nasa)

Listas de exercícios

• 1a lista de exercícios
• 2a lista de exercícios
• 3a lista de exercícios

29/07: Introdução e camada de enlace

• Capítulos 1, 11 e 12 do livro "Comunicação de dados e Redes de Computadores", de Berhouz Forouzan (há uma cópia no xerox).

Apresentação da disciplina: conteúdo, bibliografia e avaliação, laboratório.

Apresentou-se uma visão geral dos conceitos sobre comunicação de dados, amparada em transparências. Nesta aula se planta a base para iniciar o estudo com maior profundidade da camada de enlace e da camada física.

Nosso ponto de partida serão pequenas redes compostas por uma ou mais redes locais (LANs) que se interligam, incluindo conexão para a Internet. Em cada rede investigaremos seu funcionamento, incluindo as configurações da subrede IP e os equipamentos usados.

Figura 1: uma pequena rede local (LAN) com conexão para Internet

Figura 2: duas redes locais (LAN) interligadas por um enlace de longa distância (WAN)

Será feito um experimento com base nas redes acima.

• Roteiro do experimento

Enlaces de dados (Data Link)

Os serviços identificados na figura acima estão descritos abaixo. A eles foram acrescentados outros dois:

• Encapsulamento (ou enquadramento): identificação das PDUs (quadros) de enlace dentro de sequências de bits enviadas e recebidas da camada física
• Controle de erros: garantir que quadros sejam entregues no destino
  • Detecção de erros: verificação da integridade do conteúdo de quadros (se foram recebidos sem erros de bits)
• Controle de fluxo: ajuste da quantidade de quadros transmitidos, de acordo com a capacidade do meio de transmissão (incluindo o atraso de transmissão) e do receptor
• Endereçamento: necessário quando o enlace for do tipo multi-ponto, em que vários equipamentos compartilham o meio de transmissão (ex: redes locais e redes sem-fio)
• Controle de acesso ao meio (MAC): também necessário para meios compartilhados, para disciplinar as transmissões dos diversos equipamentos de forma a evitar ou reduzir a chance de haver colisões (transmissões sobrepostas)
• Gerenciamento de enlace: funções para ativar, desativar e manter enlaces

05/08: Enquadramento e Detecção de erros

• Ver capítulo 11 do livro "Comunicação de Dados e Redes de Computadores", de Berhouz Forouzan.
• Ver capítulo 3 do livro "Redes de Computadores", de Andrew Tanenbaum.
• ver capítulo 2 do livro "Redes de Computadores: uma abordagem de sistemas", de Larry Peterson e Bruce Davie.

• Resolver a 1a lista de exercícios

Nesta aula será configurado um enlace ponto-a-ponto entre duas redes locais com protocolo PPP, porém usando computadores como roteadores. O objetivo é observar os detalhes do protocolo de enlace quanto aos serviços da camada de enlace:

• Enquadramento (framing)
• Detecção e controle de erros
• Controle de fluxo
• Gerenciamento de enlace

• Roteiro da experiência
• Apresentação sobre camada de enlace
• Apresentação sobre PPP

Enquadramento

Funcionamento do enquadramento (ou sincronização de quadro) do tipo sentinela (usado pelo PPP e HDLC): usa-se uma flag delimitadora para informar o início e fim de quadro. Há uma segunda flag, chamada de escape (ESC), para evitar que um byte com o valor de flag delimitadora, o qual apareça em algum campo do quadro (ex: dados ou campos de controle) seja erroneamente interpretado como fim de quadro. No caso do PPP e HDLC:

• 7E: flag delimitadora
• 7D: flag de escape

Detecção de erros

Probabilidade de erros de transmissão (BER - Bit Error Rate), códigos de detecção de erro e CRC.

Há um resumo nas transparências.

O experimento com o gerador de CRC-16 do PPP pode ser repetido em casa. Ele é capaz de verificar um quadro PPP, que pode ser conseguido usando-se a opção record do pppd. Essa opção grava em um arquivo de log os conteúdos dos quadros PPP enviados e recebidos, que podem depois serem visualizados (ou terem seu bytes extraídos) com o utilitário pppdump. Porém o gerador de CRC-16 fornecido inclui dois arquivos contendo quadros PPP previamente coletados: quadro_correto.raw e quadro_errado.raw. Eles podem ser verificados com o programa fcs (o verificador de CRC-16):

# descompacta o arquivo do gerador de CRC-16
tar czf fcs-rfc.tgz
cd fcs

# Testa o quadro correto
./fcs quadro_correto.raw

# Testa o quadro_errado
./fcs quadro_errado.raw

Há um testador que modifica aleatoriamente uma certa quantidade de bits do quadro_correto.raw, até que encontre um caso em que o erro não seja detectado. Para usá-lo deve-se executar o programa testa.py:

# executa testa.py com 4 erros de bit por quadro gerados aleatoriamente
./testa.py 4

O código fonte do gerador de CRC-16 está no arquivo fcs-rfc.c, o qual foi obtido diretamente da RFC 1662.

Atividade extra-aula

Faça uma pesquisa sobre protocolos de enlace ponto-a-ponto usados em redes sem-fio. Tais enlaces podem ser feitos dentro de ou entre cidades (ex: entre o Morro da Cruz em Florianópolis e São José ou Palhoça), via satélite, ou mesmo entre pontos não tão distantes mas onde não existe infraestrutura cabeada prévia. Descreva as características dos protocolos encontrados (onde são melhor aplicados, e que serviços de enlace são contemplados), e forneça exemplos de onde estão sendo usados. Se conhecer empresas que os utilizem, e para que finalidade, informe em sua pesquisa.

Prazo de entrega: 12/08 (próxima aula).

12/08: HDLC, PPP e PPPoE

Detalhes sobre esses protocolos. Ver as transparências:

• PPP: o protocolo de enlace ponto-a-ponto amplamente usado atualmente; faz detecção de erros mas não controle de erros nem de fluxo.
• HDLC: de certa forma, o antecessor do PPP. Implementa controle de erros e de fluxo com janela deslizante. Atualmente caindo em desuso. Usado ainda em links de satélite.
  • Curiosidade: Uso do HDLC em missões espaciais (artigo da Nasa)

• Roteiro

PPPoE (PPP over Ethernet)

• Introdução

PPPoE define um método para encapsular quadros PPP dentro de quadros Ethernet, e foi definido na RFC 2516. Ele foi criado para facilitar a integração de usuários discados e banda-larga em provedores de acesso (ISP - Internet Service Providers). Além disso, torna mais fácil o controle de acesso, de uso da rede, e contabilização para usuários que a acessam via rede Ethernet. Assim, é possível implantar uma rede em que os usuários, para conseguirem acesso, precisam se autenticar como em um serviço discado. Uma vez obtido o acesso, pode-se também impor limitações de uso de banda de acordo com o usuário. Exemplos de infraestruturas que podem se beneficiar com essa técnica são redes de condomínios e de prédios comerciais. Finalmente, PPPoE é usado como protocolo de enlace em acessos aDSL, ilustrado na figura abaixo.

No PPPoE suas PDUs são encapsuladas em quadros Ethernet, usando o ethertype 8863H (estágio de descoberta) ou 8864H (estágio de sessão). Devido ao cabeçalho PPPoE (6 bytes) combinado ao identificador de protocolo do quadro PPP (2 bytes), a MTU em enlaces PPPoE não pode ser maior que 1492 bytes. O quadro PPP é simplificado, não possuindo as flags delimitadoras e os campos Address, Control e FCS. A PDU PPPoE é mostrada a seguir:

Em um enlace PPPoE um dos nodos é o host (cliente), e o outro o concentrador de acesso (AC, que tem papel de servidor). O estabelecimento do enlace é iniciado pelo host, que procura um AC e em seguida solicita o início do enlace. Esse procedimento é composto por por dois estágios:

• Descoberta (Discovery): o cliente descobre um concentrador de acesso (AC) para se conectar. Ocorre uma troca de 4 PDUs de controle:
  • PADI (PPPoE Active Discovery Indication): enviado em broadcast pelo cliente para descobrir os AC.
  • PADO (PPPoE Active Discovery Offer): resposta enviada por um ou mais AC, contendo seus identificadores e nomes de serviços disponíveis (no âmbito do PPPoE).
  • PADR (PPPoE Active Discovery Request): enviado pelo cliente para o AC escolhido, requisitando o início de uma sessão.
  • PADS (PPPoE Active Discovery Session-Confirmation): resposta do AC escolhido.
    
    
    
    
• Sessão (Session): nessa etapa são trocados quadros PPP como no estabelecimento de um enlace PPP usual. A sessão pode ser encerrada com a terminação PPP (i.e., via protocolo LCP), ou com a PDU PPPoE PADT (PPPoE Active Discovery Terminate).

Dicas vistas no laboratório

1. Sempre que se usar um computador como gateway deve-se ativar essa função, com um desses comandos (no caso do Linux):
   • echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
   • sysctl -w net.ipv4.ip_forward=1
2. Se for necessário usar NAT, uma forma rápida de fazê-lo é (mas existem outras ...):
   • iptables -t nat -A POSTROUTING -o nome_interface_saída -j MASQUERADE
3. Sempre observe as rotas existentes em suas redes ! Se necessário, rastreie os datagramas quando desconfiar que algo está errado:
   • traceroute -n IP_destino
   • Usando wireshark ou tcpdump para analisar tráfego

Atividade extra

No roteiro foi proposto um desafio: fazer controle de banda diferenciado por usuários que se conectam com PPPoE. Discutimos que para fazer isso é necessário:

1. Classificar os usuários nas categorias ouro e prata
2. Poder executar um programa (ou script) no momento em que o enlace PPP for estabelecido, de forma a configurar o controle de banda de acordo com a categoria de usuário. Deve-se passar a esse programa o IP que o usuário obteve em seu enlace PPPoE, ou o nome da interface PPP que foi criada no AC para esse enlace.
3. Usar um mecanismo que limite a banda de um enlace PPPoE. Uma sugestão foi usar traffic shaping.

Ficou como tarefa para a turma detalhar como resolver esse problema, e trazer uma solução. Quer dizer, que programas usar e que opções desses programas devem ser configuradas. Imaginem que a solução deve vir pronta para ser implantada.

Quem resolver esse desafio ficará em alta consideração (que se refletirá em seu conceito ;-).

19/08: A parte física do enlace ponto-a-ponto

Ver capítulos 3, 4 e 5 do livro "Comunicação de dados e Redes de Computadores", de Berhouz Forouzan (cópia no xerox).

Introdução: ver transparências.

Serviços da camada física:

(Adaptado do livro "Comunicação de Dados e Redes de Computadores, 3a ed.", de Berhouz Forouzan)

Laboratório

Uma rede com enlaces WAN feitos com modems digitais SHDSL.

• Roteiro da experiência

Uma introdução a modems

Leitura adicional

Transmissão digital:

• Transmissão serial x paralela
• Transmissão serial síncrona x assíncrona
  • Experiência para comparar esses dois tipos de transmissão serial

26/08: Modems e interfaces digitais

Resolver a 2a lista.

Material de referência:

• transparências sobre modems.
• Capítulos 3 e 4 do livro "Comunicação de dados e Redes de Computadores", de Berhouz Forouzan (cópia no xerox).
• transparências sobre códigos de linha.
• Tutorial sobre SHDSL

Hoje foi realizada a experiência com modems síncronos, em que se configuram modems SHDSL e se fazem enlaces de testes para localizar problemas em circuitos.

Experimento adicional: visualização de códigos de linha e modulação.

Modems analógicos e Interfaces digitais

Material de referência:

• transparências.
• Capítulos 5 e 6 do livro "Comunicação de dados e Redes de Computadores", de Berhouz Forouzan (cópia no xerox).
• transparências sobre interfaces digitais.
• um tutorial sobre RS-232 e V.35

02/09: Redes locais

Introdução a redes locais

• Transparências:
  • Introdução
  • LANs e acesso ao meio
• Capítulo 13 do livro "Comunicação de Dados e Redes de Computadores", de Berhouz Forouzan (tem no xerox)
• Capítulo 4 do livro "Redes de Computadores", de Andrew Tanenbaum (tem na biblioteca)

Roteiro do experimento

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Distinção entre WAN, MAN e LAN

• Aplicações de cada um desses tipos de rede
• Tecnologias envolvidas
• "Backbones" da Internet Brasileira:

Brasil em 1996

RNP 1991,1992,1996,1998,2000,2001,2005,2006, 2007.

Embratel Mapa 1,Mapa 2

Eletronet Mapa Eletronet

LANs

• Características
• Topologias
• O problema do acesso ao meio

16/09: Redes locais: implantação com VLANs

• Transparências sobre VLANs
• 3a lista de exercícios
• Livro sobre VLANs
• Ver capítulo 16 do livro Comunicação de Dados e Redes de Computadores", de Berhouz Forouzam (no xerox)
• Ver capítulo 4 do livro "Redes de Computadores", de Andrew Tanenbaum.

LANs virtuais (VLANs – Virtual LANs) são formadas por estações que, apesar de estarem em uma mesma LAN física, formam diferentes LANs lógicas isoladas umas das outras. A figura abaixo ilustra um exemplo com três VLANs implantadas em um único switch. Necessariamente a implantação de VLANs depende de switches (ou pontes) com suporte ao padrão IEEE 802.1q (existem outras tecnologias, como VTP da Cisco, porém não padronizadas).

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 4, é composta por 4 bytes, e situa-se entre os campos de endereço de destino e ethertype. O identificador de VLAN (VID) ocupa 12 bits, o que possibilita portanto 4096 diferentes VLANs.

Na aula de hoje será criada uma rede composta por subredes implantadas com VLANs.

• Roteiro do experimento
• Manual do switch D-Link DES-3526

18/11: Revisão e 3a avaliação

• Transparências
  • Capítulo de um livro sobre IEEE 802.1x
  • Uma análise sobre a segurança WEP
  • Ver capítulos 5, 6 e 7 do livro sobre IEEE 802.11
  • Ver capítulo 8 (seção 8.6.4) do livro Redes de Computadores, 4a ed. de Anndrew Tanenbaum.

• Roteiro do experimento
  • Arquivos para o wpa_supplicant
  • Aircrack-ng (software para quebrar chaves WEP e WPA-PSK)
    • Um guia rápido para quebra de chaves WEP