Estendendo,Segmentandoe Interligando Redes

(1)

Disciplina

Disciplina: : Redes de Computadores I

Estendendo, Segmentando e Interligando Redes

Profa. Débora Christina Muchaluat Saade

[email protected]

Estendendo

Estendendo , , Segmentando Segmentando e e Interligando Redes

Interligando Redes

Profa. D

Profa. Déébora Christina Muchaluat Saadebora Christina Muchaluat Saade

deborams

deborams@telecom. @telecom. uff. uff .br br

Departamento de Engenharia de Telecomunica

Departamento de Engenharia de Telecomunicaçções ões --UFFUFF

2

Redes de Computadores I Redes de Computadores I

Estendendo

Estendendo, , Segmentando Segmentando e e Interligando Redes Interligando Redes

Rede 1

Rede 2

Gateway

Rede 3

Gateway

(2)

3

Gateways Gateways

NNíível Fvel Fíísico: sico:

––repetidorrepetidor NNíível de Enlace: vel de Enlace:

– –ponteponte

NNíível de Rede: vel de Rede:

––roteadorroteador

NNíível de Transporte: vel de Transporte:

–

–Gateway de TransporteGateway de Transporte

NNíível de Aplicavel de Aplicaçção: ão:

––Gateway de AplicaçGateway de Aplicaçãoão

Repetidores Repetidores

Ethernet

(3)

6

Repetidores Repetidores

Aplicação Apresentação

Sessão Transporte

Rede Enlace Físico 1

Rede Enlace Físico 2 Físico 1 Físico 2

7

Repetidores Repetidores

Interligam nInterligam nííveis fveis fíísicos diferentessicos diferentescomcommesmomesmoMAC MAC ((mméétodotododedecontrolecontrolededeacessoacesso))

RedesRedescomcomprotocoloprotocolodedeacesso baseadoacesso baseadoememcontençcontençãoão –

–oorepetidor detecta colisãorepetidor detecta colisãoem umem umsegmentosegmentoeesinalizasinaliza nonooutrooutro

–

–ao computarao computarootamanho mtamanho míínimonimododopacotepacoteem redesem redes CSMA/CD,

CSMA/CD,levarlevarememconsideraçconsideraçãoãoooretardo retardo introduzido pelos repetidores

introduzido pelos repetidores

(4)

8

Repetidores Repetidores

Não pode haver Não pode haver um um caminho fechado caminho fechado de de repetidores

repetidores

Gera trá Gera tr áfego fego extra extra inú in útil quando til quando o o pacote não

pacote não é é inter- inter - segmento segmento

Pontes Pontes

Token Ring Ethernet

(5)

10

Bridges from 802.x to 802.y Bridges from 802.x to 802.y

Operation of a LAN bridge from 802.11 to 802.3.

12

Pontes Pontes

Interligam redesInterligam redescomcomníníveisveisMACMACdistintosdistintos VantagensVantagens

––expansãoexpansão

•• núnúmero limitadomero limitadodedeestaestaççõesões

•• comprimento limitadocomprimento limitadododomeio fímeio físicosicodede transmissão

transmissão –

–confiabilidadeconfiabilidade –

–segurançsegurançaa –

–desempenhodesempenho

(6)

14

Pontes Pontes

Conversões entre formatos Conversões entre formatos (802.3, 802.4, (802.3, 802.4, 802.5, 802.11)

802.5, 802.11)

––tempo detempo deprocessamentoprocessamento ––novonovocácálculolculode CRCde CRC ––probabilidadeprobabilidadededeerroserros

––taxastaxasdedetransmissão diferentestransmissão diferentes –

–cácálculolculodosdostemporizadorestemporizadoresdasdascamadas camadas superiores para reconhecimento

superiores para reconhecimentodosdosquadros quadros

Problemas Problemas

–

–esquemasesquemasdedeprioridade diferentesprioridade diferentes ––tamanho mtamanho máximoáximodedequadros diferentesquadros diferentes

Bridges from 802.x to 802.y (2) Bridges from 802.x to 802.y (2)

The IEEE 802 frame formats. The drawing is not to scale.

(7)

17

Padrão

Padrão IEEE 802.1D IEEE 802.1D

Pontes Pontes Transparentes Transparentes

–

Opcionalmente Opcionalmente implementam implementam roteamento na roteamento na origem

origem (source routing) (source routing)

19

Pontes

Pontes Transparentes Transparentes

Desenvolvida originalmente pelaDesenvolvida originalmente pelaDigital Equipment Corporation Digital Equipment Corporation eeadotado pelo comitêadotado pelo comitê802.1802.1

Transparência: LANsTransparência: LANsnão são modificadas ao serem não são modificadas ao serem interconectadas por esse tipo

interconectadas por esse tipodedeponteponte

OperamOperamememmodo prommodo promííscuoscuocomcomesquemaesquemadedetransmissãotransmissãostore-store- and

and--forwardforward

TabelaTabeladederotas atualizada dinamicamenterotas atualizada dinamicamente

•• comecomeçça vaziaa vaziae e éépreenchidapreenchidaààmedida que chegam os quadrosmedida que chegam os quadros (

(learning bridgeslearning bridges))

•• entradas na tabela são atualizadasentradas na tabela são atualizadascomcomanotaçanotação daão dahorahora –

–periodicamente,periodicamente,processo limpa entradas não utilizadas háprocesso limpa entradas não utilizadas há algum

algumtempotempo

(8)

20

Porta Porta Esta

Estaççãoão

Pontes

Pontes Transparentes Transparentes - - Exemplo Exemplo

A B C D E F

B1 B2

porta1 porta2 porta1 porta2

LAN1 LAN2 LAN3

B₁ B₂

Porta Porta Esta

Estaççãoão

Pontes

Pontes Transparentes Transparentes - - Exemplo Exemplo

A B C D E F

B1 B2

LAN1 LAN2 LAN3

B₁

E A Dados

ED EO

1 1 A

A

Porta Porta EstaEstaççãoão

B₂

Porta Porta EstaçEstaçãoão

E A

(9)

22

Pontes

Pontes Transparentes Transparentes - - Exemplo Exemplo

A B C D E F

B1 B2

LAN1 LAN2 LAN3

B₁

E A Dados

ED EO

11 AA

Porta Porta Esta

Estaççãoão

B₂

11 AA

Porta Porta Esta

Estaççãoão

E A

23

Pontes

Pontes Transparentes Transparentes - - Exemplo Exemplo

A B C D E F

B1 B2

LAN1 LAN2 LAN3

B₁

E A Dados

ED EO

1 1 A

A

B₂

11 AA

E A

(10)

24

Pontes

Pontes Transparentes Transparentes - - Exemplo Exemplo

A B C D E F

B1 B2

LAN1 LAN2 LAN3

B₁

E A Dados

ED EO

11 AA

Porta Porta Esta

Estaççãoão

B₂

11 AA

Porta Porta Esta

Estaççãoão

E A

Pontes

Pontes Transparentes Transparentes - - Exemplo Exemplo

A B C D E F

B1 B2

LAN1 LAN2 LAN3

B₁

A B Dados

ED EO

11 BB

1 1 A

A

B₂

11 AA

A B

(11)

26

Pontes

Pontes Transparentes Transparentes - - Exemplo Exemplo

A B C D E F

B1 B2

LAN1 LAN2 LAN3

B₁

A B Dados

ED EO

1 1 B

B

11 AA

Porta Porta Esta

Estaççãoão

B₂

11 AA

Porta Porta Esta

Estaççãoão

A B

27

Pontes

Pontes Transparentes Transparentes - - Exemplo Exemplo

A B C D E F

B1 B2

LAN1 LAN2 LAN3

B₁

F E Dados

ED EO

11 BB

1 1 A

A

B₂

22 EE

11 AA

F E

(12)

28

Pontes

Pontes Transparentes Transparentes - - Exemplo Exemplo

A B C D E F

B1 B2

LAN1 LAN2 LAN3

B₁

F E Dados

ED EO

2 2 E

E

1 1 B

B

11 AA

Porta Porta Esta

Estaççãoão

B₂

2 2 E

E

11 AA

Porta Porta Esta

Estaççãoão

F E

Pontes

Pontes Transparentes Transparentes - - Exemplo Exemplo

A B C D E F

B1 B2

LAN1 LAN2 LAN3

B₁

F E Dados

ED EO

2 2 E

E

11 BB

1 1 A

A

B₂

22 EE

11 AA

F E

(13)

30

Pontes

Pontes Transparentes Transparentes - - Exemplo Exemplo

A B C D E F

B1 B2

LAN1 LAN2 LAN3

B₁

D C Dados

ED EO

22 CC

2 2 E

E

1 1 B

B

11 AA

Porta Porta Esta

Estaççãoão

B₂

11 CC

2 2 E

E

11 AA

Porta Porta Esta

Estaççãoão

D C

31

Pontes

Pontes Transparentes Transparentes - - Exemplo Exemplo

A B C D E F

B1 B2

LAN1 LAN2 LAN3

B₁

D C Dados

ED EO

22 CC

2 2 E

E

11 BB

1 1 A

A

B₂

1 1 C

C

22 EE

11 AA

D C

(14)

32

NÃO

Recebeu quadro sem erro na porta X

ED encontrado na tabela?

Porta de saída = X?

Retransmite pacote na porta de saída

Retransmite pacote em todas as portas exceto a porta X

EO encontrado na tabela?

Inclui EO, porta X e o tempo na tabela atualiza porta X e

tempo na tabela

FIM Retransmissão

Aprendizado

NÃO

NÃO SIM

SIM

Pontes Transparentes

Pontes

Pontes Transparentes Transparentes

Problema: Problema : –

– Quando Quando a a conexão conexão das LANs das LANs atravé atrav és s de de pontes forma um

pontes forma um caminho fechado caminho fechado

(15)

40

Pontes

Pontes Transparentes Transparentes

Problema:Problema:

––QuandoQuandoaaconexãoconexãodas LANsdas LANsatravéatravéssde pontes forma umde pontes forma um caminho fechado

caminho fechado SoluçSoluçãoão::

–

–Computar caminho Computar caminho úúnico entre cadanico entre cadapar de LANspar de LANs

•

• SPANNING TREESPANNING TREE –

–““ParaParatodo grafo conexotodo grafo conexo, , consistindoconsistindoememnnóósse arcose arcosconectandoconectando pares de

pares dennóóss(as LANs(as LANssão os nósão os nóss, e as pontes,, e as pontes,ososarcos doarcos dografo),grafo), existe uma

existe uma áárvorervorede arcosde arcosque estendeque estende--sesesobresobreoografografo,,que que mant

mantéémmaaconectividadeconectividadedodografografo,,porporéém não contm não contéém caminhos m caminhos fechados

fechados””

41

Pontes

Pontes Transparentes Transparentes - - Spanning Tree Spanning Tree

1 B₁

2 3 4

B₂ B₃

LAN

5 6 7

B₄ B₅ B₆

8 9

B₈

B₉ B₁₀

B₇

Ponte

(16)

42

1 B₁

2 3 4

B₂ B₃

LAN

5 6 7

B₄ B₅ B₆

8 9

B₈

B₉ B₁₀

B₇

Ponte

1 2 3 4

B₁ B₂ B₃

5 B₇ 6 B₁₀ 7

B₄ B₅ B₆

8 B₉ 9

B₈ B₁₀ B₁₀

Pontes

Pontes Transparentes Transparentes - - Spanning Tree Spanning Tree

1 B₁

2 3 4

B₂ B₃

LAN

5 6 7

B₄ B₅ B₆

8 9

B₈

B₉ B₁₀

B₇

Ponte

1 2 3 4

B₁ B₂ B₃

5 B₇ 6 B₁₀ 7

B₄ B₅ B₆

8 9

B₉

B₈ B₁₀ B₁₀

Pontes

Pontes Transparentes Transparentes - - Spanning Tree Spanning Tree

(17)

44

1 B₁

2 3 4

B₂ B₃

LAN

5 6 7

B₄ B₅ B₆

8 9

B₈

B₉ B₁₀

B₇

Ponte

1 2 3 4

B₁ B₂ B₃

5 6 7

B₄ B₅ B₆

8 9

B₈ B₁₀

As pontes passam a só propagar os quadros que são recebidos em portas que fazem parte da spanning tree.

Pontes

Pontes Transparentes Transparentes - - Spanning Tree Spanning Tree

45

Spanning TreeSpanning Treecomputada dinamicamentecomputada dinamicamente As pontesAs pontestrocam mensagenstrocam mensagensdedeconfiguraçconfiguraçãoão,,

difundindo essas mensagens nas

difundindo essas mensagens nasLANsLANsonde estão onde estão conectadas

conectadas –

–mensagens são enviadas paramensagens são enviadas parao SAP deo SAP dedestinodestino 01000010, com

01000010, cominformaçinformaçõesõesde (ID_de (ID_RaizRaiz, ID_Ponte,, ID_Ponte, Custo

Custo),),onde custoonde custoééoonúnúmeromerodedesaltossaltos

––ID_Ponte –ID_Ponte –menormenorMAC MAC entreentresuas portas ou outro suas portas ou outro endere

endereççoode 48 bits e ainda de 48 bits e ainda 2 bytes de 2 bytes de prioridadeprioridade

Pontes

Pontes Transparentes Transparentes - - Spanning Tree Spanning Tree

(18)

46

Arquitetura

Arquitetura das Pontes IEEE 802.1D das Pontes IEEE 802.1D

LAN 1 LAN 2

Port 1 Port 2

MAC MAC

LLC LLC

Bridge Protocol Entity

MAC Relay Entity

As pontesAs ponteselegemelegemaaraiz da áraiz da árvorervore::pontepontecomcommenor menor endere

endereççoo(ID_Ponte)(ID_Ponte)

Cada ponte computaCada ponte computaooseu menor caminho paraseu menor caminho paraaa raizraiz

AsAsmensagensmensagensdedeconfiguraçconfiguração têmão têmtempo detempo devidavida AAraizraiz, de tempos em tempos,, de tempos em tempos,enviaenvianovasnovas

mensagens

mensagensdedeconfiguraçconfiguraçãoão

SeSeuma ponte ou rede falhar,uma ponte ou rede falhar,computacomputanovanovaáárvorervore

Pontes

Pontes Transparentes Transparentes - - Spanning Tree Spanning Tree

(19)

48

Pontes

Pontes Transparentes Transparentes

Vantagem Vantagem

–Facilidade – Facilidade de de instalaç instala ç ão ão Desvantagem Desvantagem

–Não utiliza – Não utiliza a a largura largura de de banda da banda da rede rede de forma de forma ótima ó tima, , pois só pois s ó usa usa um um subconjunto da topologia

subconjunto da topologia (spanning ( spanning tree) tree )

67

Rede 1 Enlace 1

Físico 1

Físico 2

Roteadores Roteadores

Roteador ou

Gateway Encapsulador de Datagramas

Rede 1 Rede 2

Físico 1 Enlace 1

Físico 2 Enlace 2

(20)

70

Gateways Gateways

Aplicação1 Apresentação1

Sessão1 Transporte1

Físico 1

Aplicação2 Apresentação2

Sessão2 Transporte2

Físico 2 Aplicação 1

Apresentação 1 Sessão 1 Transporte 1

Físico 1

Aplicação 2 Apresentação 2

Sessão 2 Transporte 2

Físico 2

Hubs Hubs

Repetidores multiporta (Repetidores multiporta (não são não são storestore--andand--forwardforward)) TambéTambém chamadosm chamados dedeswitchswitchnínívelvel11

MelhoramMelhorama confiabilidade da rede a confiabilidade da rede com com relarelaçção ão àà disposi

disposiççãoão do do cabeamentocabeamento Hub inteligenteHub inteligente(Learning Hub(Learning Hub))

––sósótransmitetransmiteo quadro para o quadro para a a porta onde porta onde a a estaestaçção destino ão destino se se encontra

encontra

––transmite sinal de transmite sinal de colisão nas demais portascolisão nas demais portas

––podepodeserservisto como um visto como um aspecto aspecto de de seguransegurançça na redea na rede(uma (uma estaçestação não recebe os pacotesão não recebe os pacotesdasdasoutras)outras)

––maismaisdedeuma estaçuma estação pode estar conectada na mesma portaão pode estar conectada na mesma porta (

(cascateamento cascateamento de hubs)de hubs) –

–não implementanão implementaspanning tree =>spanning tree =>não pode haver ciclos na não pode haver ciclos na

(21)

75

Switches Switches

“A marketing term that means fast.“A marketing term that means fast.””--R.R.PerlmanPerlman

TambéTambém chamadosm chamadosde de switchswitchnníívelvel22ou aindaou aindasmart hubssmart hubs

PontesPontesmultiportamultiporta((storestore--andand--forwardforward))

–– transmitetransmiteo o quadro apenas na porta interessadaquadro apenas na porta interessada –

– não existe mais colisãonão existe mais colisão –– implementamimplementamspanning treespanning tree

–– permite compatibilizar portaspermite compatibilizar portascomcomdiferentesdiferentesvelocidadesvelocidades(ex.: 10 e 100 (ex.: 10 e 100 Mbps)

Mbps)

–– aumenta aumenta a a banda passante agregada da redebanda passante agregada da rede, , pois permite pois permite comunica

comunicaçções ões em em paraleloparalelo –– storestore--andand--forward:forward:

•• armazena todoarmazena todoooquadroquadroantes deantes depasspassáá--loloadiante,adiante,verificandoverificandoCRCCRC –– cutcut--through forwarding:through forwarding:

•• armazena sóarmazena sóooendereendereçço destinoo destinododoquadroquadroantes deantes depassápassá--loloadianteadiante

•• cuidados devemcuidados devemsersertomados quando tomados quando as as portas possuportas possuíírem velocidades rem velocidades diferentes

diferentes

76

Switches Switches

Alguns implementam Alguns implementam switching switching ní n ível vel 1 e 1 e ní n ível vel 2 2

Domínio de Colisão

Domínio de Colisão Domínio

Broadcast Nível 2

Nível 1

SeSenínívelvel33envia pacoteenvia pacotebroadcast (ARP),broadcast (ARP),ele seráele será entregue

entregueaatodastodasasasportasportasdododomídomínioniobroadcastbroadcast

switch

(22)

77

Switch Switch

R. Perlman: R. Perlman:

– – “I never know what to say when someone “ I never know what to say when someone comments that switches have replaced comments that switches have replaced bridges and routers. A switch is just a bridges and routers. A switch is just a generic term that has come to mean a box generic term that has come to mean a box that moves data quickly. Some of them that moves data quickly. Some of them (layer 2 switches) are bridges. Others (layer 2 switches) are bridges. Others

(layer 3 switches) are routers. So this is not (layer 3 switches) are routers. So this is not a meaningful statement

a meaningful statement” ”. .

VLAN VLAN

Virtual LANVirtual LAN

––define um domdefine um domíínio nio broadcastbroadcast para pacotes

para pacotes do do nníível vel de de rederede ––definiçdefinição ão de LANs de LANs separadas separadas

atrav

atravéés da especificas da especificaçção ão de um de um subconjunto

subconjuntode portasde portasem um em um switch

switchou portasou portasememváváriosrios switches

switches

––o switch funciona como o switch funciona como se se fossem

fossem switches switches separadosseparados

A Q V

M B D VLAN A

VLAN B switch

Domínio Broadcast

Domínio Broadcast J

A LAN A Q K

M LAN B K

(23)

79

VLAN VLAN

Virtual LANVirtual LAN

––para interligar diferentes para interligar diferentes VLANs

VLANs, , éénecessánecessáriorioumum elemento

elementoaamaismais--roteadorroteador ––ooroteador tambroteador tambéém pode m pode

estar implementado estar implementadonono própróprioprioswitch (switch (não ocupa não ocupa uma porta

uma porta ememcadacadaVLAN VLAN que interliga

que interliga))

roteador A Q V

M B D VLAN A

VLAN B switch

Domínio Broadcast

81

Mapeando portas

Mapeando portas em em VLANs VLANs

O O mapeamento mapeamento de de portas portas em VLANS em VLANS podepodeserserfeito feito atrav

atravéés s de de configuraconfiguraçção ão no switch:no switch:

––porta => VLANporta => VLAN

––endereçendereçooMAC => VLAN (determina dinamicamente MAC => VLAN (determina dinamicamente o o mapeamento porta

mapeamento porta/VLAN /VLAN quando identifica em quando identifica em que porta que porta estáestáo endereo endereççooMAC)MAC)

––endereçendereço o IP => VLAN (IP => VLAN (determina dinamicamentedetermina dinamicamenteoo mapeamento porta

mapeamento porta/VLAN /VLAN baseado no baseado no endereendereçço o IP de IP de origem

origem do do datagrama recebido por uma portadatagrama recebido por uma porta))

––tipo do tipo do protocoloprotocolo=> VLAN (=> VLAN (determina dinamicamentedetermina dinamicamenteoo mapeamento porta

mapeamento porta/VLAN/VLANquando identificaquando identificao tipoo tipodo do protocolo

protocoloououDSAP do cabeDSAP do cabeççalhoalhodo do quadroquadrode enlace)de enlace)

(24)

83

Virtual LANs (2) Virtual LANs (2)

(a)(a)Four physical LANs organized into two Four physical LANs organized into two VLANsVLANs, gray , gray and white, by two bridges.

and white, by two bridges. (b)(b)The same 15 machines The same 15 machines organized into two

organized into two VLANsVLANsby switches.by switches.

Ligaç Liga ção ão Switch Switch- -Switch Switch

VLAN1 VLAN2

VLAN1

VLAN2

VLAN2 VLAN2

VLAN1

switch1 switch2

É necessário um VLAN tag na comunicação entre switches para identificar a VLAN a que se destina o pacote

(VLAN ID tem 12 bits) VLAN tagging

VLAN1

(25)

85

VLAN

VLAN tagging tagging em Redes em Redes IEEE802.3/Ethernet IEEE802.3/Ethernet

DA SA

Tipo do protocolo ou

comprimento dos dados

dados P

DA SA 81-00 ^VLAN_tag P dados

Padrão para VLANs - IEEE 802.1Q