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, ...

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. Quais são as características dos switches do laboratório ?
   • TP-Link SG-3210 (manual)
   • Cisco Catalyst ??? (manual)
   • Intelbras SG 2404 NB (especificações)

Parte 1: Como switches aprendem

1. Em seu computador execute o wireshark, ativando a captura na interface eth0
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. 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.
6. Com esse experimento, o que se pode concluir sobre como um switch ethernet encaminha os quadros transmitidos em uma LAN ?
7. 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.

Parte 2: 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
2. As subredes a serem implantadas
3. As configurações de rede que precisam ser feitas nos equipamentos

Depois desse planejamento, implante essa rede no laboratório !