IER-2014-2

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Diário de aula de Instalação de Equipamentos de Redes (IER12503)

(Técnico em Telecomunicações com Ênfase em Redes - Turma 1250331)

Instrutor

Professor: Fábio Grezele
Email: fabio.grezele (arroba) ifsc.edu.br
Atendimento paralelo: Quartas-feiras 20:40 - 22:30 (Lab. de Desenvolvimento de Tele)

IMPORTANTE: o direito de recuperar uma avaliação em que se faltou somente existe mediante justificativa reconhecida pela coordenação. Assim, deve-se protocolar a justificativa no prazo de 48 horas, contando da data e horário da avaliação, e aguardar o parecer da coordenação. O não cumprimento desse procedimento implica a impossibilidade de fazer a recuperação, e assim a reprovação na disciplina.

Bibliografia

  • Livros
    • FOROUZAN, Behrouz. Comunicação de Dados e Redes de Computadores, 4a edição. Ed. McGraw-Hill, 2008. (mais utilizado da bibliografia sugerida na Plano de Ensino)
    • FOROUZAN, Behrouz; MOSHARRAF, Firouz. Redes de Computadores: Uma Abordagem Top-Down. Ed. McGraw-Hill, 2013. (bibliografia complementar)
    • KUROSE, James; ROSS, Keith. Redes de Computadores e a Internet: Uma Abordagem Top-Down, 6a edição. Ed. Pearson, 2013. (bibliografia complementar)

Softwares

  • Netkit: possibilita criar experimentos com redes compostas por máquinas virtuais Linux
  • IPKit: um simulador de encaminhamento IP (roda direto dentro do navegador)

Plano de Ensino

Plano de Ensino
Aula Data Horas Conteúdo Recursos
1 1/8 2 Apresentação da disciplina, plano de ensino e metodologia Laboratório de Redes I, Projeção, Computadores
2 5/8 2 Módulo 1 - Comunicação de Dados. Introdução, comunicação de dados, topologias de redes, Internet, protocolos e padrões. Laboratório de Redes I, Projeção, Computadores
3 8/8 2 Requisitos e objetivos da camada física: fundamentos de telecomunicações, protocolos de comunicação de dados. Apostilas: Prof. Casagrande
4 12/8 2 Camada física e meios de transmissão: dados e sinais, transmissão digital, transmissão analógica, utilização de banda, meios de transmissão. Apostilas: Prof. Casagrande
5 14/8 2 Laboratório: Instalação e uso do Netkit Laboratório de Redes I, Projeção, Computadores
6 19/8 2 Laboratório: Rede implementada usando Netkit Laboratório de Redes I, Projeção, Computadores, Wiki
7 21/8 2 Requisitos e objetivos da camada de enlace: enquadramento, detecção e controle de erros, controle de fluxo, gerenciamento de enlace. Laboratório de Redes I, Projeção, Computadores, Wiki
8 26/8 2 Laboratório HDLC, PPP e modens. Laboratório de Redes I, Projeção, Computadores
9 28/8 2 Requisitos e objetivos da camada de enlace: modems digitais e modems analógicos. Apostilas: Prof. Casagrande
10 2/9 2 Requisitos e objetivos da camada de enlace: High-level Data Link Control (HDLC) e Point-to-Point Protocol (PPP). Laboratório de Redes I, Projeção, Computadores
11 4/9 2 Laboratório HDLC, PPP e modens. Laboratório de Redes I, Projeção, Computadores, Wiki
12 9/9 2 Lista de exercícios. Revisão para a prova. Laboratório de Redes I, Projeção, Computadores, Wiki
13 11/9 2 Prova 1 - Módulo 1
14 16/9 2 Revisão da prova. Módulo 2: LANs, MANs e WANs: Definição de LANs, MANs e WANs. Laboratório de Redes I, Projeção, Computadores
15 18/9 2 LANs: controle de acesso ao meio compartilhado (CSMA/CD). Trabalho: seção 12.1 - Forouzan Laboratório de Redes I, Projeção, Computadores
16 23/9 2 Padrão IEEE 802.3: arquitetura e definições do padrão, equipamentos de redes. Trabalho: seções 13.1 a 13.5 - Forouzan Laboratório de Redes I, Projeção, Computadores
17 25/9 2 Padrão IEEE 802.3: arquitetura e definições do padrão, equipamentos de redes. Trabalho: seções 13.1 a 13.5 - Forouzan Laboratório de Redes I, Projeção, Computadores
18 30/9 2 Conexão entre LANs: hubs, repetidores, bridge, spanning-tree, roteadores, redes backbone, LANs virtuais (IEEE 802.1q). Tabalho: capítulo 15 - Forouzan Laboratório de Redes I, Projeção, Computadores
19 2/10 2 Laboratório: conexão de rede usando o Netkit Laboratório de Redes I, Projeção, Computadores, Wiki
20 7/10 2 Controle de acesso: IEEE 802.1x Laboratório de Redes I, Projeção, Computadores
21 9/10 2 Laboratório: Segmentação utilizando VLAN. Laboratório de Redes I, Projeção, Computadores, Wiki
22 14/10 2 WAN: redes de acesso frame relay e X.25. Laboratório de Redes I, Projeção, Computadores
23 16/10 2 Lista de exercícios. Revisão para a prova. Laboratório de Redes I, Projeção, Computadores, Wiki
24 21/10 2 Prova 2 para o Módulo 2
25 23/10 2 Revisão da prova. Módulo 3: Redes sem fio: introdução, projeto IEEE 802.11, arquitetura e definições. Laboratório de Redes I, Projeção, Computadores
26 28/10 2 Redes sem fio: IEEE 802.11 (WLAN), características, propagação do sinal, problemas de acesso ao meio. Laboratório de Redes I, Projeção, Computadores
27 30/10 2 Laboratório: Redes sem fio, instalação de Access Point, configuração de estações, análise de quadros. Laboratório de Redes I, Projeção, Computadores
28 4/11 2 Laboratório: Redes sem fio, instalação de Access Point, configuração de estações, análise de quadros. Laboratório de Redes I, Projeção, Computadores
29 6/11 2 Segurança em redes sem fio (IEEE 802.11): WEP, WPA Laboratório de Redes I, Projeção, Computadores, Wiki
30 11/11 2 Laboratório sobre segurança em redes sem fio IEEE 802.11 Laboratório de Redes I, Projeção, Computadores, Wiki
31 13/11 2 Lista de exercícios. Revisão para a prova.
32 18/11 2 Revisão da prova. Projeto Integrador. Laboratório de Redes I, Projeção, Computadores, Wiki
33 20/11 2 Projeto Integrador. Laboratório de Redes I, Projeção, Computadores, Wiki
34 25/11 2 Projeto Integrador. Laboratório de Redes I, Projeção, Computadores, Wiki
35 27/11 2 Projeto Integrador. Laboratório de Redes I, Projeção, Computadores, Wiki
36 2/12 2 Projeto Integrador e avaliações. Laboratório de Redes I, Projeção, Computadores, Wiki
37 4/12 2 Projeto Integrador e avaliações. Laboratório de Redes I, Projeção, Computadores, Wiki
38 9/12 2 Prova de Recuperação
39 11/12 2 Correção da Prova. Notas finais.
TOTAL 78


Instalação de Equipamentos de Redes

Módulo 1 – Comunicação de Dados

Fundamentos de Comunicação de Dados

Vamos nos basear no Capítulo 1 do livro Comunicação de Dados e Redes de Computadores do Forouzan. Assim, veremos:

  • Comunicação de Dados;
  • Redes;
  • Internet;
  • Protocolos e Padrões.

O material de apoio a ser utilizado:

  • Capítulo 1 de Comunicação de Dados e Redes de Computadores de Forouzan: Introdução.

Curiosidades: Alguns vídeos sobre fibra ótica:

Agora, vamos fazer um quizz?

Além disso, para melhor entender os conceitos fundamentais de equipamentos terminais de dados (DTE, na siga em Inglês para Data Terminal Equipment) e equipamentos de comunicação de dados (DCE - Data Communication Equipment), utilizaremos o material disponibilizado pelo Prof. Jorge Henrique B. Casagrande. Assim, temos:

Para obter mais informações sobre os assuntos discutidos nesse material, consulte as apostilas criadas pelo Prof. Casagrande:

Além disso, há informações resumidas na Wikipedia:

Atividade 1

Aula de laboratório: esse experimento será feito usando o Netkit, que deve ser instalado e atualizado nos computadores.

Três roteadores estarão interligados por enlaces PPP. A interface mostrada no Netkit para os roteadores é muito parecida com a CLI de roteadores Cisco reais (graças ao software Quagga, que é usado em máquinas virtuais do Netkit que agem como roteadores). No entanto, as interfaces seriais de enlaces ponto-a-ponto no Quagga são identificadas pelos nomes ppp0, ppp1 e assim por diante (ao contrário de Serial 0 e Serial 1 usados em Cisco).

Para saber mais sobre o IOS (Internetwork Operating System) da Cisco, observe a Wipedia.

Para obter uma lista de comandos básicos para o Cisco IOS, veja essa documentação.


Rede do experimento
Rede do experimento

Copie a configuração, abaixo, do Netkit. Salve num arquivo chamado lab.conf. O arquivo deverá descrever a topologia ilustrada acima.

Configuração do experimento para o Netkit 
# Os três roteadores
r1[type]=router
r2[type]=router
r3[type]=router

# O computador que fica na subrede da esquerda
pc1[type]=generic

# O computador que fica na subrede da direita
pc2[type]=generic

# Um computador que representa a Internet
internet[type]=generic

# Os enlaces ponto-a-ponto entre os roteadores
r1[ppp0]=linkEsquerdo:ip=10.0.0.1/30
r1[ppp1]=linkDireito:ip=10.0.0.5/30
r2[ppp0]=linkEsquerdo:ip=10.0.0.2/30
r3[ppp0]=linkDireito:ip=10.0.0.6/30

# a subrede do laboratório, que representa a Internet
r1[eth0]=lanExterna:ip=192.168.1.230/24
internet[eth0]=lanExterna:ip=192.168.1.1/24

# A subrede do lado esquerdo
r2[eth0]=lanEsquerda:ip=172.18.0.30/28
pc1[eth0]=lanEsquerda:ip=172.18.0.17/28

# A subrede do lado direito
r3[eth0]=lanDireita:ip=172.18.10.110/28
pc2[eth0]=lanDireita:ip=172.18.10.97/28

# As rotas ...
pc1[default_gateway]=172.18.0.30
pc2[default_gateway]=172.18.10.110
internet[route]=172.18.0.0/16:gateway=192.168.1.230

Com base nessa rede, as seguintes atividades serão realizadas:

Configurações adicionais para as máquinas virtuais
  1. Observe as informações sobre as interfaces PPP nos roteadores, e compare com o que é mostrado para interfaces ethernet: 
    r1# show interface ppp0
    ... ou ... 
    r1# start-shell
# ifconfig ppp0
# ifconfig eth0
  2. Teste a comunicação pelos enlaces PPP. Por exemplo, no roteador r1 pode ser feito o seguinte: 
    r1# ping 10.0.0.2
r1# ping 10.0.0.6
r1# show ip route
    Infira sobre o significa para as rotas serem do tipo "C>*", ou seja, "connected, selected route, FIB route". Veja a Wikepedia para saber o significa de FIB.
  3. Teste a conectividade entre um dos lados. Vamos testar a conectividade entre o pc2, r3 e r1.
    pc2:~# ping 172.18.10.110 # IP da eth0 do roteador R3
pc2:~# ping 192.168.1.230 # IP da eth0 do roteador R1
pc2:~# traceroute -n 192.168.1.230
    Por que será que o ping para o R1 não funcionou?
  4. Adicione rotas nos roteadores, de forma que as redes fiquem totalmente alcançáveis:
    • r1: 
      # show ip route
# configure terminal
(conf)# ip route 172.18.0.16/28 ppp0
(conf)# ip route 172.18.10.96/28 ppp1
(conf)# exit
# show ip route
      Observe as novas rotas estáticas adicionadas.
    • r2: 
      # show ip route
# configure terminal
(conf)# ip route 0.0.0.0/0 ppp0
(conf)# exit
# show ip route
      Observe as novas rotas estáticas adicionadas.
    • r3: 
      # show ip route
# configure terminal
(conf)# ip route 0.0.0.0/0 ppp0
(conf)# exit
# show ip route
      Observe as novas rotas estáticas adicionadas.
  5. Faça novos testes de conexão entre os pc1, pc2 e internet.
  6. Compare o encapsulamento de datagramas IP na rede ethernet e no enlace PPP. Para isso use o wireshark, executando-o para a interface eth0 do roteador r1 e também para a interface ppp0. Para haver datagramas passando pelo roteador, deixe um ping em execução entre os computadores pc1 e internet.
  7. Inclua no código para o Netkit as informações de rotas para que fiquem persistentes:
    r1[route]=172.18.0.16/28:dev=ppp0
r1[route]=172.18.10.96/28:dev=ppp1
r2[route]=default:dev=ppp0
r3[route]=default:dev=ppp0

Camada física e os meios de transmissão

Nessas aulas discutimos sobre:

  • Dados e sinais;
  • Transmissão digital e analógica;
  • Meios de transmissão.

Como referência de estudos, temos os seguintes:

Camada de enlace de dados

Nessas aulas, temos por objetivo compreender melhor a camada de enlace. Subdividimos entre os tópicos:

  • Introdução;
  • Controle de Enlace de Dados:
    • Enquadramento;
    • Controle de fluxo e erros;
    • Detecção e correção de erros;
    • HDLC e PPP;
  • Modems digitais e analógicos

O material de apoio a ser utilizado:

  • Parte introdutória do Capítulo 5 de Redes de Computadores: Uma Abordagem Top-Down de Forouzan e Mosharraf: Camada de enlace de dados: redes com fios.
  • Parte do Capítulo 11 do livro Comunicação de Dados e Redes de Computadores de Forouzan.
  • Modems Digitais (Prof. Sobral) e Analógicos (Prof. Casagrande)

Atividade 2

Laboratório sobre enlaces PPP e HDLC com roteadores.

Para esta atividade será criada uma rede composta por três roteadores Digitel, que estarão interligados como mostrado abaixo:

Rede com roteadores e modems
Rede com modems

Criar os circuitos com modems operando a 2 Mbps. Os roteadores que vamos configurar são da marca Digitel. Veja o manual dele para obter informações de como configurar.

O experimento deve ser realizado com os seguintes passos:

Passo a passo para o experimento
  1. Acesse a interface de gerência (console) do seu roteador. O roteador R1 está no rack esquerdo, o roteador R3 está no rack do centro, e R2 está no rack direito. Para acessar a console, faça o seguinte:
    1. Conecte um cabo serial cross na interface serial RS-232 do seu computador. Conecte esse cabo também na interface console do roteador, que fica no painel traseiro. Como os roteadores estão distantes das bancadas, será necessário usar as tomadas azuis, que conectam as bancadas aos racks.
    2. Observe na página 21 do manual como deve ser configurada a console.
    3. Execute o programa minicom, que abre um terminal de texto via porta serial. Ele deve ser configurado para se comunicar pela porta serial /dev/ttyS0, com 57600 bps, 8 bits de largura de caractere e 1 stop-bit (bit de parada). Isso aparece descrito assim: 57600 8N1. 
      sudo minicom -s
    4. Se o minicom estiver correto, você deverá ver a interface CLI do roteador (Command Line Interface). Caso contrário, confira se o cabo serial está bem encaixado, e se os parâmetros do minicom estão certos.
    5. Observe na página 34 do manual o usuário (nr2g) e a senha padrão (digitel) do roteador.
  2. Configure os roteadores da seguinte forma:
    • R1: 
      ESQUERDA >                                                        
SET LAN LAN0 IP 192.168.20.1 MASK 255.255.255.0 BROADCAST 192.168.20.255        
SET LAN LAN0 UP                                                                 
SET LAN LAN1 PURGE                                                              
SET WAN WAN0 PROTO HDLC IP 10.1.1.2 MASK 255.255.255.252 PEER 10.1.1.1 UP       
SET WAN WAN1 PURGE 
                                                            
SET RIP REDIST-STATIC TRUE REDIST-CONNECTED TRUE REDIST-OSPF FALSE DEFAULTMETRIC 2
SET RIP WAN0 ENABLED TRUE TYPE ACTIVE                                           
SET RIP WAN0 AUTH TYPE NONE                                                     
SET RIP UP  
                                                                    
SET ROUTES DEFAULT GW1 10.1.1.1 COST1 0                                         
SET ROUTES UP
    • R2: 
      DIREITA >          
SET LAN LAN0 IP 192.168.10.1 MASK 255.255.255.0 BROADCAST 192.168.10.255        
SET LAN LAN0 UP                                                                 
SET LAN LAN1 PURGE                                                              
SET WAN WAN0 PROTO HDLC IP 10.1.1.6 MASK 255.255.255.252 PEER 10.1.1.5 UP       
SET WAN WAN1 PURGE 
                                                            
SET RIP REDIST-STATIC TRUE REDIST-CONNECTED TRUE REDIST-OSPF FALSE DEFAULTMETRIC 2
SET RIP WAN0 ENABLED TRUE TYPE ACTIVE                                           
SET RIP WAN0 AUTH TYPE NONE                                                     
SET RIP UP  
                                                                    
SET ROUTES DEFAULT GW1 10.1.1.5 COST1 0                                         
SET ROUTES UP
    • R3: 
      CENTRAL >                                                              
SET LAN LAN0 IP 192.168.1.231 MASK 255.255.255.0 BROADCAST 192.168.1.255 UP      
SET LAN LAN1 PURGE                                                              
SET WAN WAN0 PROTO HDLC IP 10.1.1.5 MASK 255.255.255.252 PEER 10.1.1.6 UP
SET WAN WAN1 PROTO HDLC IP 10.1.1.1 MASK 255.255.255.252 PEER 10.1.1.2 UP
                                                       
SET RIP REDIST-STATIC TRUE REDIST-CONNECTED TRUE REDIST-OSPF FALSE DEFAULTMETRIC 2
SET RIP WAN0 ENABLED TRUE TYPE ACTIVE                                           
SET RIP WAN0 AUTH TYPE NONE                                                     
SET RIP WAN1 ENABLED TRUE TYPE ACTIVE                                           
SET RIP WAN1 AUTH TYPE NONE                                                     
SET RIP UP                                                                      
                                              
SET ROUTES DEFAULT GW1 192.168.1.1 COST1 0                                      
SET ROUTES UP
  3. Para conferir as configurações das interfaces, use o comando show interface: 
    # SHOW WAN WAN0 ALL
  4. Assim que os enlaces forem estabelecidos, o que pode ser conferido com o comando show interface aplicado às interfaces, conclua a configuração da rede (rotas nos pcs e roteadores). Ela deve ser configurada de forma que um computador possa se comunicar com qualquer outro computador da outra rede, e também acessar a Internet. Para isso, use os comandos nos PCs como:
  • sudo ifconfg eth0 x.x.x.x netmask m.m.m.m up - para atribuir outro endereço na placa de rede
  • sudo route add default gw x.x.x.x - para atribuir um novo gateway para a placa de rede
  • sudo route add -net x.x.x.x netmask m.m.m.m eth0 - para associar uma nova rede a interface eth0
  • route -n - para ver a tabela atual de roteamento

Observe que optamos pelo uso de protocolos de roteamento dinâmico. Procure entender melhor como foi feita essa configuração, a partir do que está no manual, começando pela página 82.

Para o PC do professor 

 $ sudo route add -net 192.168.10.0 netmask 255.255.255.0 eth0 
 $ sudo route add -net 192.168.20.0 netmask 255.255.255.0 eth0

Para os PCs das subredes direita e esquerda 

 $ sudo ifconfg eth0 192.168.x.y netmask 255.255.255.0 up  - x={10,20}; y={1,2,3,4}
 $ sudo route add default gw 192.168.x.254 - x={10,20}
  1. Verificar e anotar todas as configurações dos componentes de redes, modens, cabos, adaptadores, manobras dos cabos, etc...
  2. Acessar as redes mutuamente qualquer computador de um subrede deve acessar qualquer outro da outra subrede;
  3. Acessar a internet em todos os PCs;
  4. Teste a vazão pelos enlaces ponto-a-ponto. Em algum computador da subrede esquerda execute: 
    netperf -f k -H 192.168.1.1
    Realize pelo menos três medidas para cada teste e use a média desses valores como resultado final;
  5. Faça isso também usando um computador da subrede da direita e depois entre computadores das subredes direta e esquerda.
  6. Excute o netperf entre computadores da mesma subrede, anote os valores e compare com o anterior que atravessa a rede até atingir a rede 192.168.1.1.
  7. É possível usar o protocolo PPP ao invés do HDLC, veja na página 76 como fazer e tente fazer a alteração;
  8. Observe as informações fornecidas pelos roteadores sobre os enlaces ponto a ponto. Para isso, execute show interface nas interfaces seriais, e leia o sumário resultante.

Lista 1 de Exercícios

Neste ponto, já estamos aptos a fazer uma lista de exercícios:

Lista 1 de Exercícios

Parte 1

  1. Qual é a posição dos meios de transmissão no modelo OSI ou Internet?
  2. Que serviço a camada física provê para a camada de enlace?
  3. Como os meios guiados diferem dos meios não guiados?
  4. Por que motivo blindar um cabo de par trançado?
  5. Qual é o propósito da casca ao redor de uma fibra ótica?
  6. Como a propagação ionosférica difere de propagação na linha de visada?
  7. Um feixe de luz se move de um meio para outro meio com menos densidade. O ângulo crítico é 60 graus. Para cada um dos casos abaixo, haverá refração ou reflexão.
    1. 40 graus
    2. 60 graus
    3. 80 graus
  8. As interfaces digitais síncronas vistas (V.35, V.36 e G.703) suportam taxas de transmissão até 2 Mbps. Outra interface digital, chamada HSSI, suporta taxas muito superiores. Faça uma pesquisa sobre essa nova interface digital, destacando o seguinte:
    1. Taxa máxima de transmissão
    2. Sincronismo
    3. Tipos de conectores, suas “pinagens” e cabos lógicos, incluindo seu comprimento máximo
  9. Por que com comunicação serial assíncrona não se conseguem obter as taxas de bits proporcionadas pela comunicação serial síncrona?
  10. Calcule os overheads (em relação a bits de dados efetivamente transmitidos) da comunicação serial assíncrona para os seguintes casos:
    1. 7 bits de dados, 1 stop bit, e 1 bit de paridade par
    2. 8 bits de dados, 2 stop bits, sem paridade
    3. 8 bits de dados, 1 stop bit, sem paridade

Parte 2

  1. Identifique os cinco componentes de um sistema de comunicação de dados.
  2. Quais são as vantagens de uma conexão multiponto com relação a uma conexão ponto a ponto?
  3. Cite as quatro topologias básicas de rede e cite uma vantagem de cada um desses tipos.
  4. Por que os protocolos são necessários?
  5. Por que os padrões são necessários?
  6. Qual a diferença entre os modos de transmissão half-duplex e full-duplex?
  7. Para cada uma das quatro topologias de rede a seguir, fale sobre as consequências no caso de uma conexão falhar.
    1. Cinco dispositivos dispostos em uma topologia em malha.
    2. Cinco dispositivos dispostos em uma topologia estrela (sem contar os hubs).
    3. Cinco dispositivos dispostos em uma topologia de barramento.
    4. Cinco dispositivos dispostos em uma topologia de anel.
  8. Descreva brevemente os serviços fornecidos pela camada de enlace.
  9. Defina enquadramento e a razão para sua utilização.
  10. Compare e aponte as diferenças entre protocolos orientados a byte e orientados a bit.
  11. Compare e aponte as diferenças entre controle de fluxo e controle de erro.
  12. Compare e aponte as diferenças entre o HDLC e o PPP. Qual deles é orientado a byte e qual orientado a bit?


Módulo 2 – Redes Ethernet, LANs, MANs e WANs

Trabalhos em grupos

Em grupos de até 3 pessoas, os alunos devem preparar apresentações sobre os conceitos abaixo. Essas apresentações deverão ser elaboradas para aproveitar os recursos do Laboratório, incluindo os de multimídia. As apresentações devem ter duração de 30 minutos com mais 5 para perguntas. Procurem utilizar exemplos da sua experiência para enfatizar aquilo que será apresentado.

As apresentações devem ser feitas utilizando os modelos disponíveis na Intranet.

Os grupos devem se subdividir em:

  1. Acesso randômico (Introdução do capítulo 12 e seção 12.1 do Forouzan)
    1. CSMA
    2. CSMA/CD
  2. Ethernet (Introdução do capítulo 13 e seções 13.2 e 13.3 do Forouzan)
    1. Ethernet padrão
    2. Evolução do padrão (bridges e switches)
    3. Fast ethernet e gigabit ethernet (seções 13.4 e 13.5 do Forouzan)
  3. Conexão de LANs (seção 15.1 do Forouzan)
    1. Hubs passivos e ativos
    2. Repetidores
    3. Bridge
    4. Spanning-tree
    5. Roteadores
  4. Redes Backbone (seção 15.2 do Forouzan) e LANs virtuais (seção 15.3 do Forouzan)

Na aula do dia 09/09, definimos os grupos e as datas para apresentação, respectivamente:

  1. Grupo 1: Estefania e Tiago, dia 30/09;
  2. Grupo 2: Krishnanda e Nivaldo, dia 25/09;
  3. Grupo 3: Nelson e Thiago, dia 25/09;
  4. Grupo 4: Bruna e Joel, dia 30/09.

Redes de Circuitos Virtuais: Frame Relay e ATM

Além do conteúdo passado pelos alunos através dos trabalhos, veremos sobre:

Lista 2 de Exercícios

Tentaremos, agora, fazer uma lista de exercícios. Tirem suas dúvidas com os alunos que apresentaram os trabalhos.

Lista 2 de Exercícios

Acesso Randômico

  1. Cite duas características do método de acesso randômico ou de contenção.
  2. Defina colisão no meio de acesso. O que é feito com os frames quando esse evento ocorre?
  3. O que CSMA e qual é o objetivo dele?
  4. O que é tempo de vulnerabilidade e qual é esse tempo para o CSMA?
  5. Descreva brevemente os métodos de persistência:
    1. 1-Persistent
    2. Nonpersistent
    3. p-Persistent
  6. O que é CSMA/CD e qual é a diferença dele com o CSMA?

Ethernet

  1. Qual é o método de acesso utilizado por LANs Ethernet?
  2. Faça um desenho do frame MAC 802.3 especificando o tamanho de cada campo. Quais é o comprimento mínimo de um frame? E o máximo?
  3. Como é feito o endereçamento em Ethernet? Dê um exemplo.
  4. O que são endereços unicast, multicast e broadcast? Dê exemplos.
  5. O que é switch? Há necessidade de CSMA/CD em switched Ethernet full-duplex? Por quê?
  6. Quais são os objetivos da Fast Ethernet, padrão 802.3u?
  7. Quais são os objetivos da Gigabit Ethernet, padrão 802.3z?

Conexão de LANs

  1. Descreva brevemente os seguintes dispositivos de conexão:
    1. Hubs passivos
    2. Repetidores
    3. Hubs ativos
    4. Bridges
  2. Descreva brevemente spanning-tree e como se evita o problema de loop em rede com bridges.
  3. Qual é o objetivo de uma rede backbone?
  4. O que é backbone de barramento? E backbone em estrela?
  5. O que é VLAN?
  6. Qual padrão IEEE é utilizado por VLANs?
  7. Que características podem ser usadas para agrupar estações em uma VLAN?
  8. Quais são as vantagens de uso de VLANs?

Frame Relay e ATM

  1. Explique sucintamente o que é Frame Relay.
  2. O Frame Relay opera na camada de rede? Em quais camadas ele opera?
  3. O Frame Relay dispõe de controle de erros ou de fluxo?
  4. Explique sucintamente o que é ATM.
  5. Descreva as redes de células.
  6. No ATM, o que define uma conexão virtual?


Atividade 3

Utilizaremos o Netkit para simular LANs. Abaixo estão alguns experimentos elaborados pelo Prof. Jorge Casagrande.

LAN Simples

Configuração LAN Simples

pc1[type]=generic pc2[type]=generic pc3[type]=generic pc4[type]=generic

pc1[eth0]=lan:ip=192.168.0.1/24 pc2[eth0]=lan:ip=192.168.0.2/24 pc3[eth0]=lan:ip=192.168.0.3/24 pc4[eth0]=lan:ip=192.168.0.4/24 </syntaxhighlight>

Uma LAN com quatro computadores (pc1, pc2, pc3, pc4). Os computadores virtuais têm IPs 192.168.0.X, sendo X o número computador (ex: pc1 tem IP 192.168.0.1). Use ping para fazer testes de comunicação. Veja a configuração da rede acima. A rede criada nesse experimento está mostrada abaixo:

Exemplo-Lan1-netkit.png

Ao executar esse experimento quatro abas dos computadores virtuais surgirão (um para cada pc virtual). Realize um ping entre os pcs para constatar a operação da LAN.

Observe no desenho acima que a rede ethernet é um domínio de colisão de pacotes para essa rede interligada através de hub. O domínio de colisão é a rede 192.168.0.0/24. Para Ethernet-padrão, o método de acesso ao meio é o CSMA/CD 1-persistent.

Vamos observar esse domínio de colisão. Para tanto, efetue um ping do pc1 para o pc2. No pc3, execute o comando

tcpdump -i eth0 </syntaxhighlight>

Observe agora utilizando o Wireshark do pc4.

LAN com switch

Uma LAN com quatro computadores (pc1, pc2, pc3, pc4) interligados por um switch. O switch é implementado por um computador com Linux com 4 portas ethernet. Analise a configuração. A rede do experimento está mostrada abaixo:

Configuração LAN com Switch

sw[type]=switch pc1[type]=generic pc2[type]=generic pc3[type]=generic pc4[type]=generic

sw[eth0]=port0 sw[eth1]=port1 sw[eth2]=port2 sw[eth3]=port3

pc1[eth0]=port0:ip=192.168.0.1/24 pc2[eth0]=port1:ip=192.168.0.2/24 pc3[eth0]=port2:ip=192.168.0.3/24 pc4[eth0]=port3:ip=192.168.0.4/24 </syntaxhighlight>

Exemplo-Bridge-netkit.png

Repita os testes feitos acima para verificar o domínio de colisão usando ping, tcpdump e wireshark. O que foi observado?

Execute o comando tcpdump para as interfaces eth0, eth1, eth2 e eth3 do switch. O que foi observado?

LAN com 2 switches

Configuração LAN com 2 Switches

switch1[type]=switch switch2[type]=switch pc1[type]=generic pc2[type]=generic pc3[type]=generic pc4[type]=generic pc5[type]=generic pc6[type]=generic

switch1[eth0]=sw1-port0 switch1[eth1]=sw1-port1 switch1[eth2]=sw1-port2 switch1[eth3]=link-sw1sw2 switch2[eth0]=sw2-port0 switch2[eth1]=sw2-port1 switch2[eth2]=sw2-port2 switch2[eth3]=link-sw1sw2

pc1[eth0]=sw1-port0:ip=192.168.0.1/24 pc2[eth0]=sw1-port1:ip=192.168.0.2/24 pc3[eth0]=sw1-port2:ip=192.168.0.3/24 pc4[eth0]=sw2-port0:ip=192.168.0.4/24 pc5[eth0]=sw2-port1:ip=192.168.0.5/24 pc6[eth0]=sw2-port2:ip=192.168.0.6/24 </syntaxhighlight>

Uma LAN com 6 computadores (pc1 a pc6) interligados por dois switches (switch1 e switch2). Ambos switches são implementados por computadores com Linux com 4 portas ethernet. Observe os valores de tempo de teste dos pings entre pcs de um mesmo switch e entre os dois switches. Compare com a LAN simples (com hub). A rede do experimento está mostrada abaixo:

Exemplo-lan2.png

Uplink para a rede real

O Netkit possibilita que se criem links para a rede real, e com isto as máquinas virtuais podem acessar a rede externa e mesmo a Internet. O link para a rede real funciona como um enlace ponto-a-ponto ethernet entre uma máquina virtual e a máquina real (o sistema hospedeiro), como pode ser visto neste exemplo:

Configuração com uplink

pc1[type]=generic pc2[type]=gateway pc2[nat]=eth1

pc1[default_gateway]=192.168.0.2 pc2[default_gateway]=10.0.0.2

pc1[eth0]=link1:ip=192.168.0.1/24 pc2[eth0]=link1:ip=192.168.0.2/24 pc2[eth1]=uplink:ip=10.0.0.1/30 </syntaxhighlight>

Netkit-uplink.png

A criação do link para rede externa deve ser feita com o link especial uplink. Ele deve ter um endereço IP que será usado somente para criar o link entre a máquina virtual e o sistema hospedeiro. O IP no sistema hospedeiro é sempre o último endereço possível dentro da subrede especificada (no exemplo, seria o IP 10.0.0.2). 

pc2[eth1]=uplink:ip=10.0.0.1/30

Se outras máquinas virtuais precisarem acessar a rede externa, devem ter rotas configuradas para usarem o gateway onde foi feito o uplink. Além disso, será necessário ativar o NAT nesse gateway. O NAT pode ser ativado em máquinas virtuais do tipo gateway. Em sua configuração deve-se informar qual a interface de saída onde será feito o NAT: 

pc2[type]=gateway

pc2[nat]=eth1

Assim, todos datagramas que sairem pela interface eth1 do gateway pc2 terão seus endereços IP de origem substituídos pelo endereço IP dessa interface.

Por fim, a criaçao do uplink implica executar alguns comandos como root no sistema hospedeiro. Assim, ao ativar a rede o Netkit irá usar o sudo para executar esses comandos. Por isso é possível que a sua senha seja solicitada durante a inicialização da rede virtual.

Uplink em modo bridge

Às vezes uma interface de uma máquina virtual precisa ser exposta na rede real, como se ela pertencesse ao sistema hospedeiro. Neste caso, deve-se criar uma bridge entre a interface da máquina virtual e uma interface real do sistema hospedeiro (de forma semelhante ao que faz o Virtualbox e outros tipos de máquinas virtuais). Uma bridge é um mecanismo existente no Linux para interligar interfaces ethernet em nível de enlace, como se elas formassem um switch. O procedimento para criar uma bridge integrada a uma interface do tipo uplink do Netkit é um tanto trabalhoso, e por isso esse processo foi automatizado.

A criação de um uplink em modo bridge deve ser feita usando o parâmetro bridge ao se declarar uma interface de rede, como mostrado abaixo: 

pc[eth0]=uplink:bridge=eth0:ip=192.168.1.100/24

Neste exemplo, será criada uma bridge entre a interface eth0 da máquina virtual pc e a interface eth0 do sistema hospedeiro. Como com isso a interface da máquina virtual estará exposta na rede real, seu endereço IP pode pertencer à subrede da rede real. Se esse endereço IP for de alguma outra subrede, a máquina virtual não conseguirá se comunicar com as máquinas reais, tampouco acessar a Internet. Mas isso pode ser desejável se a intenção for interligar redes virtuais que estejam sendo executadas em diferentes computadores.


Atividade 4

STP (Spanning Tree Protocol)

Switches reais usualmente possuem suporte a STP (Spanning Tree Protocol) para possibilitar haver enlaces redundantes em uma rede local. No Netkit podem-se criar redes em que se usa o STP, que deve ser ativado no switches. Um exemplo de rede em que o STP se torna necessário é mostrada na figura abaixo:

LAN-anel-stp.png

Para criar essa rede no Netkit pode-se usar a seguinte configuração:

Configuração STP 
sw1[type]=switch
sw2[type]=switch
sw3[type]=switch
pc1[type]=generic
pc2[type]=generic
pc3[type]=generic
 
# Ativação do STP nos switches
sw1[stp]=on:bridge_priority=1024
sw2[stp]=on:bridge_priority=128
sw3[stp]=on:bridge_priority=500

sw1[eth0]=sw1-sw2
sw1[eth1]=sw1-port1
sw1[eth2]=sw1-sw3
 
sw2[eth0]=sw1-sw2
sw2[eth1]=sw2-port1
sw2[eth2]=sw2-sw3
 
sw3[eth0]=sw1-sw3
sw3[eth1]=sw3-port1
sw3[eth2]=sw2-sw3
 
pc1[eth0]=sw1-port1:ip=192.168.0.1/24
pc2[eth0]=sw2-port1:ip=192.168.0.2/24
pc3[eth0]=sw3-port1:ip=192.168.0.3/24

A configuração do STP se faz pelo atributo especial stp a ser especificado para cada switch. A opção on ativa o STP, e bridge_priority define a prioridade do switch no escopo do STP.

Atividade 5

Aula de laboratório: esse experimento será feito usando a versão 2 do Netkit, que deve ser instalado e atualizado nos computadores.

Segmentação com VLANs

Se uma reestruturação pudesse ser efetuada com mínimas modificações na estrutura física (incluindo cabeamento), a implantação de uma 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:

Rede Local Virtual
VLAN

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.

Exemplo: a configuração do Netkit2 mostrada abaixo cria uma pequena rede composta por um switch e quatro computadores. Além disso, foram definidas duas VLANs (VLAN 5 e VLAN 10). Com isso, os computadores pc1 e pc4 pertencem a VLAN 5, e os computadores pc2 e pc3 estão na VLAN 10. Execute a rede abaixo e teste a comunicação entre os computadores. Quais computadores conseguem se comunicar? 

sw[type]=switch
pc1[type]=generic
pc2[type]=generic
pc3[type]=generic
pc4[type]=generic

# As portas do switch
sw[eth0]=port0:vlan_untagged=5
sw[eth1]=port1:vlan_untagged=10
sw[eth2]=port2:vlan_untagged=10
sw[eth3]=port3:vlan_untagged=5

# Ligando os computadores ao switch
pc1[eth0]=port0:ip=192.168.0.1/24
pc2[eth0]=port1:ip=192.168.0.2/24
pc3[eth0]=port2:ip=192.168.0.3/24
pc4[eth0]=port3:ip=192.168.0.4/24
Vlans-ex1.png

Exercício: acrescente um gateway para interligar as duas VLANs

Apresentação da configuração

Abaixo está uma possível solução. Percebe-se que foram necessários criar segmentos de rede para possibilitar a comunicação com o gateway. 

sw[type]=switch

gw[type]=gateway

pc1[type]=generic
pc2[type]=generic
pc3[type]=generic
pc4[type]=generic
 
# As portas do switch
sw[eth0]=port0:vlan_untagged=5
sw[eth1]=port1:vlan_untagged=10
sw[eth2]=port2:vlan_untagged=10
sw[eth3]=port3:vlan_untagged=5
sw[eth4]=port4:vlan_untagged=5
sw[eth5]=port5:vlan_untagged=10
 
# Ligando os computadores ao switch
pc1[eth0]=port0:ip=192.168.5.1/24
pc2[eth0]=port1:ip=192.168.10.2/24
pc3[eth0]=port2:ip=192.168.10.3/24
pc4[eth0]=port3:ip=192.168.5.4/24

gw[eth0]=port4:ip=192.168.5.254/24
gw[eth1]=port5:ip=192.168.10.254/24

pc1[default_gateway]=192.168.5.254
pc2[default_gateway]=192.168.10.254
pc3[default_gateway]=192.168.10.254
pc4[default_gateway]=192.168.5.254

Ier-vlan1.png

Diário de Aula

Aula 01

(01/08) Neste dia foi a apresentação da disciplina, do Plano de Ensino e da metodologia a ser usada ao longo do semestre.

Aula 02

(05/08) Houve uma introdução de conceitos, estudos sobre comunicação de dados e topologias de redes. Além disso, falamos rapidamente sobre Internet, protocolos e padrões.

Veja as apresentações utilizadas para a aula em Introdução de Comunicação de Dados.

Aula 03

(08/08) Utilizamos as apostilas do Prof. Jorge Henrique B. Casagrande para falar sobre requisitos e objetivos da camada física tais como fundamentos de telecomunicações e protocolos de comunicação de dados.

Aula 04

(12/08) Continuamos usando as apostilas do Prof. Casagrande para falar sobre interfaces digitais assíncronas (RS-232 e RS-485) e síncronas (V.35, V.36 e G.703)

Aulas 05, 06, 07, 08 e 09

(14, 19, 21, 26 e 28/08) Nestas aulas, analisamos com muitos detalhes o funcionamento do Netkit: fizemos a instalação dele nos computadores do laboratório, esmiuçamos o arquivo de configuração para um laboratório com computadores e roteadores. Além disso, estabelecemos a comunicação entre computadores na atividade. Por fim, adicionamos nova configuração para que as alterações feitas durante o laboratório fossem permanentes.

Aula 10

(02/09) Nesta aula, finalmente, concluímos o laboratório com o Netkit. Foi apresentado novo conteúdo sobre a camada de enlace: enquadramento, detecção e controle de erros, controle de fluxo, gerenciamento de enlace.

Sobre preenchimento, faremos dois exercícios retirados da edição online, em inglês, do livro Data Communications and Networking, 5/e de Behrouz A. Forouzan: http://highered.mheducation.com/sites/0073376221/information_center_view0/index.html

São dois aplicativos Java:

Aula 11

(04/09) Um aluno escreve: Professor, o que é HDLC e o que é PPP?

Na aula de hoje falamos sobre isso.

Aula 12

(09/09)

Fizemos a lista 1 de exercícios. Vi alguns alunos pesquisando no livro, em sites de buscas, perguntando para o professor... Teve alguns que copiaram as respostas prontas e isso me fez lembrar desse provérbio chinês: "Fale-me e eu esquecerei. Mostre-me e eu lembrarei. Envolva-me e eu entenderei." Dito de outra forma, a melhor maneira de aprender algo é fazendo.

Aulas 13, 14 e 15

(11, 16 e 18 de Setembro)

Nestas aulas, demos foco à realização do laboratório da Atividade 2 sobre PPP e HDLC. Além disso, falamos sobre a lista de exercícios e mostramos os conteúdos para a prova.

Revisão para a prova

Módulo 1 – Comunicação de Dados

  1. Requisitos de comunicação
    1. O papel da camada de enlace
    2. O papel da camada física
  2. Requisitos e objetivos da camada de enlace
    1. Enquadramento, detecção de erros, controle de fluxo, controle de erros e gerenciamento de enlace
    2. Estudos de caso: HDLC (High-level Data Link Control) e PPP (Point-to-Point Protocol)
  3. Requisitos e objetivos da camada física
    1. Fundamentos de comunicação de dados
      1. Meios físicos de transmissão
      2. Comunicação serial síncrona e assíncrona, códigos de comunicação de dados
    2. Modems
      1. Modems digitais
      2. Modems Analógicos
    3. Interfaces digitais
      1. Interfaces assíncronas RS-232 e RS-485
      2. Interfaces síncronas V.35, V.36 e G.703

Prova 1

A prova 1 com os conteúdos do módulo 1 e laboratórios será realizada no dia 23/09, às 20h40.

Aula 17

(25/09)

Fizemos uma correção da prova e começamos o módulo 2 com as apresentações:

  1. Ethernet (Introdução do capítulo 13 e seções 13.2 e 13.3 do Forouzan)
    1. Ethernet padrão
    2. Evolução do padrão (bridges e switches)
    3. Fast ethernet e gigabit ethernet (seções 13.4 e 13.5 do Forouzan)
  2. Conexão de LANs (seção 15.1 do Forouzan)
    1. Hubs passivos e ativos
    2. Repetidores
    3. Bridge
    4. Spanning-tree
    5. Roteadores

Aulas 18 e 19

(30/09 e 02/10)

Não tivemos aula, devido aos problemas de segurança pública.

Aulas 20a e 20b

Tivemos 4 aulas no dia 07/10.

Neste dia, as apresentações finais foram feitas:

  1. Acesso randômico (Introdução do capítulo 12 e seção 12.1 do Forouzan)
    1. CSMA
    2. CSMA/CD
  2. Redes Backbone (seção 15.2 do Forouzan) e LANs virtuais (seção 15.3 do Forouzan)

Aproveitamos um pouco do tempo para questões filosóficas sobre o encontro pedagógico. O professor (fazendo uso desnecessário do costume ancestral de falar demais) utilizou a oportunidade e divagou sobre um método muito utilizado em ambientes domésticos, o método "faça você mesmo", que pode ser aproveitado em sala de aula, num contexto diferente, e também na vida, num contexto geral. Os alunos argumentaram que, nesse sentido, seria muito fácil ser professor. (E quem disse que era para ser difícil para os ambos supostos lados?)

Um dos objetivos das apresentações dos trabalhos feitos pelos alunos é a de que o aluno se sinta como professor, ou seja, fazer com que o conteúdo seja compreensível para todos e, além disso, tornar interessante o uso daquilo. Posto de outra maneira, fazer com que o assunto caia no chão das ideias, cresça e reproduza. E é na arte da reprodução que mostramos tudo aquilo que aprendemos.

Finalmente, neste dia, o professor revisou quase todo o conteúdo passado pelos alunos. No entanto, o professor que aqui escreve não teve tanta criatividade em alguns assuntos o que tornou os alunos-professores mais enfáticos que o professor-professor. Parabéns!

Podcast Interessante

Ouça o podcast da CBN em que Max Gehringer fala sobre o mercado de trabalho: http://download.sgr.globo.com/sgr-mp3/cbn/2014/colunas/max_141020.mp3

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