Tecnologias Ethernet e IP

1. Prof. Edgard Jamhour email: jamhour@ppgia.pucpr.br URL: http://ppgia.pucpr.br/~jamhour Tecnologias Ethernet e IP

2. Módulo 1 • I) Introdução ao Ethernet • II) Aquitetura IP • III) Integração de Ethernet e IP • IV) Modelo em Camadas TCP/IP

3. I – Introdução ao Ethernet

4. Evolução do Ethernet • 1970 - 1976 – Xerox Corporation • Robert Metcalfe • Artigo: “Ethernet: Distributed Packet-Switching For Local Computer Networks” • 3 Mbps • CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection • 1980 – Xerox, Digital, Intel • Robert Metcalfe fundou a 3Com • Ethernet I: não mais usado • Ethernet II: formato DIX (DEC, Intel, Xerox) • Padrão proposto em 10 Mbps • 1985 • ANSI/IEEE 802.3 • Formato do quadro: IEEE 802.3 LLC

5. QUADROS ETHERNET II • O quadro (frame) é a menor estrutura de informação transmitida através de uma rede local. ENDEREÇO (FÍSICO) DE DESTINO (6 bytes) FRAME CHECK SEQUENCE (4 bytes) ENDEREÇO (FÍSICO) DE ORIGEM (6 bytes) TIPO ou TAMANHO (2 bytes) FCS DA DADOS SA Length/ Type 46 – 1500 bytes FECHO CABEÇALHO

7. Comunicação no Modelo OSI protocolo aplicação Aplicação Aplicação protocolo apresentação Apresentação Apresentação protocolo sessão Sessão Sessão protocolo transporte Transporte Transporte protocolo rede Rede Rede protocolo enlace Enlace de Dados Enlace de Dados protocolo da camada física Física Física

8. Camadas do Modelo OSI HTTP, FTP,, DNS, DHCP, etc Aplicação Gateway de Aplicação JPEG, MPEG, etc Apresentação RPC, NFS, SQL, etc Sessão TCP, SPX, NetBEUI segmento Transporte pacote Rede IP, IPX, OSPF Router quadro Enlace de Dados Ponte, Switch Ethernet, PPP, HDLC bit Hub, Repetidor Física

9. Padrões IEEE 802.3 • A camada de enlace é dividida em 2 sub-camadas • Camada LLC: Logical Link Control • Camada MAC: Medium Access Control Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Logical Link Control (LLC) IEEE 802.2 Enlace de Dados Media Access (MAC) IEEE 802.3 Física Physical (PHY)

10. Quadro Ethernet • Os quadros Ethernet incluem informações de preâmbulo utilizados para sincronização e delimitação dos quadros.

11. Tipos de Quadros Ethernet • A máxima unidade transportável em quadros Ethernet (MTU) é 1500 bytes. • Dois tipos de quadros Ethernet são utilizados. • Formato DIX: Utiliza o campo Type • Formato IEEE 802.x LLC: Utiliza o campo Length • Valores até 1500: • O quadro é do tipo IEEE 802.x, e o significado do campo é Tamanho • Valores acima de 1500 • O quadro é do tipo Ethernet II, e o significado do campo é Tipo • Exemplos: 0x0806 ARP, 0x0800 IP

12. A camada LLC • A camada LLC introduz um nível adicional de endereçamento, permitindo a multiplexagem de vários protocolos sobre a camada MAC. • O cabeçalho LLC pode ser seguido do cabeçalho SNAP (Subnetwork Access Protocol) que inclui um campo com a mesma função que o Ethertype do formado DIX. IEEE Organizationally Unique Identifier

13. 1 2 3 4 5 6 Endereço MAC • O padrão IEEE 802 define 2 formas de endereçamento MAC • endereços administrados localmente • Quem instala a placa de rede. • endereços universais • OUI (Organizationally Unique Identifier). • Exemplos de OUI: • XEROX • 00-00-00 a 00-00-09 • CISCO • 00-00-0C OUI Número de Série

14. Endereços MAC • Endereços MAC podem ser individuais ou em grupo. • Endereços de grupo podem ser • broadcast (FF-FF-FF-FF-FF-FF) ou mulitcast (e.g. 01-00-5E-XX-XX-XX)

15. Multicast para Protocolos Padronizados • The following 48-Bit Universal Address Block has been allocated for use by standard protocols: • 0X-80-C2-00-00-00 to 0X-80-C2-FF-FF-FF • X = 0 (unicast) • X = 1 (grupo) • IEEE 802.1D MAC Bridge Filtered MAC Group Addresses: • 01-80-C2-00-00-00 to 01-80-C2-00-00-0F; • Não encaminhados por bridges IEEE 802.1D. • Standard MAC Group Addresses: • 01-80-C2-00-00-10 to 01-80-C2-FF-FF-FF; • Encaminhados por bridges IEEE 802.1D.

16. Princípio do Ethernet • A tecnologia de redes locais (Ethernet) baseia-se no princípio de comunicação com broadcast físico. B A DADOS FCS A B C quadro

17. Recepção: Filtragem de Endereços IP REDE INTERRUPÇÃO MAC ENLACE/FÍSICA MACD = PLACA DE REDE LOCAL MACD = BROADCAST (FF.FF.FF.FF.FF.FF) MACD = MULTICAST (01.5E …) MACD MACO DADOS FCS

18. Transmissão: CSMA/CD Número de Tentativas Esgotado ? Meio Livre ? N N Aguarda o meio ficar livre Espera um tempo aleatório S S Iniciar Transmissão Houve Colisão ? S Continuar até atingir o tamanho mínimo N Informa Falha para Camadas Superiores Informa Sucesso para Camadas Superiores

19. ETHERNET NÃO COMUTADATempo para acesso a rede aumenta com o número de terminais. ESCUTANDO ESCUTANDO A B C quadros na fila de espera

20. ETHERNET NÃO COMUTADATaxa de ocupação máxima diminui com a distância entre os terminais • O tempo de propagação entre as estações afeta a taxa de ocupação máxima da rede. T t A TRANSMITE A RECEBE A B RECEBE B TRANSMITE B tempo para o sinal ir de A para B

21. Exemplo • Quadro de 100 bit e Taxa de Transmissão = 10 Mbit/s: • Tempo para transmitir um quadro T = 10 10-6 s • Velocidade de propagação no meio: 200 000 Km/s • Tempo de propagação: t = 1 10-6 s para 200 m • Tempo de propagação: t= 10 10-6 para 2 Km HALF-DUPLEX eficiência = T/(T+t) L eficiência200m = 91% eficiência2Km = 50% eficiência100Mbits e 2Km = 9,1% A B

22. COLISÃO DETECTADA POR A COLISÃO DETECTADA POR C ETHERNET NÃO COMPUTADAExiste possibilidade de colisão A B C A A TRANSMITE t RECEBIDO DE C C RECEBIDO DE A t C TRANSMITE

23. Exemplo • eficiencia = 1/(1 + 6,44t/T) • t: tempo de propagação • L = 200m então t=1 10-6s • T: tempo para transmitir o quadro • T = 10 10-6 s (quadro de 100 bits a 10 Mbits/s) HALF-DUPLEX eficienciaL=200m = 60,8 % L eficienciaL=2Km = 13,4% eficienciaL=2Km e 100Mbits/s = 1,52 % A B

24. LIMITAÇÕES DAS LANS NÃO COMUTADAS • O NÚMERO DE COMPUTADORES É LIMITADO • Como apenas um computador pode transmitir de cada vez, o desempenho da rede diminui na medida em que muitos computadores são colocados no mesmo barramento. • A DISTÂNCIA ENTRE OS COMPUTADORES É LIMITADA • Para evitar colisões, os computadores “escutam” o barramento antes de transmitir, e só transmitem se o barramento estiver desocupado. • Quanto maior a distância entre os computadores, maior a chance de ocorrer colisões no barramento, levando a rede para um estado de colapso e baixo desempenho.

25. C A C C A A HUBS • Hubs ou concentradores são dispositivos que simulam internamente a construção dos barramentos físicos. HUB B C A

26. Repetidor: BIT 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 repetidor amplitude fibra cobre distância

27. Hub: Bit Hub

28. Operação Half-Duplex • O tamanho mínimo do quadro está relacionado com o máximo diâmetro de colisão. • O quadro deve ser suficientemente grande para que a colisão seja detectada pelo transmissor antes que a transmissão termine. • Isso impõe limitações ao tamanho mínimo de um quadro ou a máxima distância de operação.

29. 1 A 3 C C A C C A A A C A C ETHERNET COMUTADA: SWITCH • Hubs ou concentradores são dispositivos que simulam internamente a construção dos barramentos físicos. SWITCH PORTA COMPUTADOR 1 2 3 A B C

30. SWITCH • Os switchs são dispositivos capazes de segmentar a rede local analisando os endereços físicos. Permitem também interligar dispositivos que trabalham com velocidades de transmissão diferentes. SWITCH HUB HUB A B C D E F G

31. Operação em Full-Duplex • O modo de operação em full-duplex é bem mais simplex que a operação half-duplex, pois não existe necessidade de controlar o compartilhamento do meio. • O quadros podem ser transmitidos em um fluxo contínuo, mas há necessidade de respeitar-se um intervalo mínimo entre frames (IFG – InterFrame Gap). • A operação full-duplex inclui a implementação do controle de congestionamento por hardware. Flow Control

32. Autonegociação • A auto-negociação ocorre na inicialização do link: • O nó envia uma mensagem de anuncio, com sua versão de Ethernet e capacidades opcionais. • Reconhece o recebimento dos modos operacionais compartilhados pelas NICs • Rejeita os modos operacionais que não são compartilhados • Configura sua NIC com o maior modo operacional que ambas as placas podem suportar.

33. Prática - 1 • Comandos Básicos • show interfaces • show interfaces interface-id • show mac address table dynamic • show mac address table aging-time • Verifique: • Mecanismo de aprendizagem do switch • Atualização da tabela MAC em caso de reconfiguração (troca de cabos)

34. Prática - 2Verificar tabela MAC nos Switches SWITCH SWITCH SWITCH C D A B

35. Prática – 3Verificar tabela MAC nos Switches SWITCH SWITCH SWITCH C D A B

36. Prática – 4Verificar tabela MAC nos Switches SWITCH SWITCH SWITCH C D A B

37. FF FF FF A A A BroadCast e Multicast Ethernet • Por default, quadros transmitidos com endereços de destino multicast desconhecidos ou endereços broadcast são encaminhados para todas as portas do switch. SWITCH PORTA COMPUTADOR 1 2 3 A B C

38. LANS Virtuais • SEGMENTO = Domínio de Colisão • Os computadores de um Hub estão no mesmo segmento físico. • VLAN = Domínio de Broadcast • O tráfego de broadcast pode passar de uma VLAN para outra apenas através de um roteador. FF.FF.FF.FF.FF.FF SWITCH B FF.FF.FF.FF.FF.FF FF.FF.FF.FF.FF.FF A C D A,B,C: VLAN 1 D,E: VLAN 2 E

39. Interligação de Switches B C VLAN 2 VLAN 2 SWITCH SWITCH VLAN 1,2,3 VLAN 1 D A TRUNK ACCESS VLAN 3 VLAN 1,2,3 VLAN 1,2,3 Interface Trunk: Tráfego de Várias VLANs IEEE 802.1Q SWITCH VLAN 2 Interface de Acesso: Tráfego de uma única VLAN IEEE 802.3 E

40. Modos das Portas de Switch • As portas de um switch pode trabalhar em dois modos: • Modo Access • Cada porta do switch pertence a uma única VLAN. • Quadros Ethernet: Formato Normal. • Modo Trunk • O tráfego de múltiplas VLANs é multiplexado em um único link físico. • Usualmente interconectam switches. • Quadros Ethernet: formato especial (VLAN). • Apenas computadores com placas especiais podem se conectar a essas portas.

41. Protocolos Trunk • Os quadros nas interfaces Trunk são formatados em quadros especiais para identificar a quais LANs eles pertencem. • O IEEE 802.1Q é um protocolo para interface Trunk. 0x8100 3 Bits 1 Bit 12 Bits 6 Bytes 6 Bytes 2 Bytes 2 Bytes PRIO CFI VLAN ID TYPE Dados CRC DESTINO ORIGEM TYPE • PRIO: IEEE 802.1 P • CFI: Canonical Format Indicator • 0 em redes Ethernet Esses campos são removidos quando o quadro é enviado para uma interface do tipo access.

42. Configuração das Portas do Switch • 1) Entrar em modo terminal: • configure terminal • 2) Selecionar uma interface • interface Gi1/0/1 ou interface Fa0/1 • interface range Gi1/0/1 – 10 • 3) Executar comando de configuração: • speed auto • duplex auto • flowcontrol receive on • mdix auto • 4) Sair do modo terminal • end • 5) Mostrar configuração • show interfaces

43. Auto-MDIX • Auto-MDIX: Automatic Medium-Dependent Crossover Cabo paralelo (straight through) switch host Cabo cruzado (crossovet) switch switch Cabo paralelo (straight through) roteador switch

44. Prática - 5 • Divida cada um dos switches em 3 VLANS: • VERMELHO • VERDE • AZUL • Utilizando o Ethereal verifique: • Como o tráfego broadcast se propaga entre as VLANs • Como o tráfego unicast se propaga entre as VLANs

45. Comandos para VLANs • Criação de VLANs • configure terminal • vlan 20 • name test20 • end • Adição de portas as VLANs • configure terminal • interface G1/0/1 • switchport mode access • switchport access vlan 2 • end • Verificar configuração atual • show VLAN brief

46. II – Arquitetura IP

47. WAN – Interligação de Redes LAN • A interconexão de LANs (ou VLANs) é feita através de roteadores. • A rede resultante denomina-se WAN (Wide Area Network) (V)LAN (V)LAN roteador switch switch internet (V)LAN switch Ponto-a-Ponto full-duplex

48. Roteamento na WAN Por pacote Por circuito Destinatário final ID de circuito

49. ROTEADORES • Os roteadores são dispositivos responsáveis por rotear os pacotes através da rede. Cada roteador possui apenas uma visão local da rota, isto é, ele decide apenas para qual de suas portas enviar o pacote. PORTA PACOTE ROTEADOR ? PORTA PORTA

50. QUADRO E PACOTE • Os pacotes são transportados no interior dos quadros. QUADRO PACOTE DESTINO ORIGEM ORIGEM DESTINO DADOS CRC ENDEREÇO DE REDE ENDEREÇO FÍSICO: endereço da placa de rede