Faculdade de Tecnologia SENAC Pelotas Curso Superior de Tecnologia em Redes de Computadores

1. Faculdade de Tecnologia SENAC Pelotas Curso Superior de Tecnologia em Redes de Computadores Unidade Curricular – Laboratório de Redes I Prof. Eduardo Maroñas Monks Hubs e Switches

2. Sumário • Redes locais • Sem uso de concentradores • Hubs • Características • Bridges • Switches • Características

3. Sem uso de concentradores • 10BASE5 (cabo coaxial) • Velocidade de transmissão de 10 Mbit/s • Base – representa a transmissão em banda base (somente um frequência) • 5 - representa a capacidade do cabo em transmitir o sinal por 500 metros, com qualidade (percepção perfeita do sinal pelo receptor) • Primeira padronização de redes Ethernet • Sem o uso de concentradores • Topologia de barramento

4. Sem uso de concentradores • CABO COAXIAL FINO (10Base 2) “Possui um custo maior que o Par Trançado devido a uma malha externa que serve para proteger de indução magnética, que permite uma transmissão em velocidade e alcance maior que o Par Trançado, alcançando 185m de comprimento e 30 nós por segmentos”.

5. Sem uso de concentradores Cabo Coaxial Fino - Conectores BNC • As estações se conectam ao cabo coaxial fino através do conector BNC tipo T. • Além disso, as estações nas extremidades do cabo devem ter terminadores.

6. Sem uso de concentradores • CABO COAXIAL FINO (10Base 2) • Vantagens • A instalação final dos cabos tem um custo baixo • Dispensa hubs e repetidores • Maior imunidade a ruído • Desvantagens • O cabo fica segmentado • Baixa confiabilidade quanto a desligamento e defeitos de conexão • Limitado a 10Mbit/s

7. HUBs (Histórico) • Primeiros hubs para uso com cabos coaxiais • StarLAN • Primeira implementação de hub com uso de par trançado • 1Mbit/s de largura de banda • Foi padronizada como IEEE 802.3e em 1986 • 1BASE5 – 1 Mbit/s, banda básica e cascateamento máximo de 5 hubs • LattisNet • Série de dispositivos e softwares de rede da empresa SynOptics Communications durante os anos 80 • Foi a primeira implementação de hubs a 10 Mbit/s usando cabos par trançados não blindados

8. Equipamentos - HUB • Parte central de conexão de uma LAN • Trabalha na camada física do modelo OSI • Função: encaminhar bits / converter bits em sinais elétricos • Topologia física em estrela • Dispositivo “burro” / repetidor de sinal • Trabalha com conceito de broadcast • Todo tráfego da rede é encaminhado para todas as portas do dispositivo • Indicado para uso com poucos hosts (hospedeiros) • Define apenas um domínio de colisão • Colisões de pacotes aumentam conforme aumentam o número de hospedeiros

9. Equipamentos - HUB • Tipos de HUB: • Ativos – regeneram o sinal (amplificam) e retransmitem para os terminais (hospedeiros) • Passivos – apenas retransmitem o sinal para os terminais (hospedeiros) • Velocidades: • 10 Mbit/s – mais comum • 10/100Mbits – funciona de acordo com o dispositivo conectado. Se a 10 Mbit/s, o hub funcionará a 10Mbit/s

10. Hubs

11. Hubs • Colisões • São comuns e esperadas, protocolo CSMA/CD • Não existe uma forma centralizada de controle de acesso ao meio físico • Somente um host pode transmitir por vez (half-duplex) • Quando hosts detectam o meio físico “limpo”, começam a transmitir • Devido ao tempo de propagação e o atraso dos dispositivos intermediários, podem haver mais de um host detectando o meio físico “limpo” • As transmissões “colidem” e são detectadas pelos demais hosts conectados ao meio físico • Neste momento, não há troca de dados • Quanto maior o número de hosts na rede, maior a probabilidade de haver colisões

12. Equipamentos - HUB Ligação em Cascata: • Straight-through cable: Cabo direto • Crossover cable: Cabo cruzado • Uplink: Porta de ligação entre hubs com cabo direto • Outras portas: cascateamento com cabo cruzado (crossover)

13. HUBs - Cascateamento

14. HUBs - Cascateamento

15. HUBs - Cascateamento • Regra: Máximo de 5 passagens em hubs entre dois hosts

16. Bridges • Ethernet original • Uso de meios compartilhados (cabo coaxial, hubs); • Somente um nó de cada vez pode transmitir dados • Aumento do número de nós = aumento de colisões • Solução: separar grandes segmentos em partes menores, criandomais domínios de colisão. • Bridges: segmentador de domínios de colisão (segmentação de redes). • Trabalham na camada 2 do modelo OSI • Utilizam o endereçamento MAC para redirecionamento de pacotes

17. Bridges 00:18:FE - Hewlett-Packard Company Ferramenta: http://www.wireshark.org/tools/oui-lookup.html • Endereços MAC • Endereços físicos das interfaces de rede padrão Ethernet • Usados para identificar os endereços dos hosts de de origem e destino no cabeçalho • Devem ser únicos em uma LAN • São disponibilizados aos fabricantes pelo IEEE • Utilizam 48 bits, apresentados em formato hexadecimal, divididos em duas partes: • Primeiros 24 bits – prefixo do fabricante • Últimos 24 bits – número de série da interface • Podem ser modificados por software, dependendo do driver da interface de rede ou do sistema operacional utilizado

18. Bridges Funcionamento

19. Bridges Segmentação de domínio de colisão

20. Switches (Histórico) • O primeiro switch ethernet foi lançado no mercado pela empresa Kalpana (que foi adquirida pela Cisco em 1994) no ano de 1989, ao custo de U$ 10.500 com 7 portas. • http://en.wikipedia.org/wiki/Kalpana_%28company%29 • Desde a sua introdução, os switches ethernet revolucionaram a forma como as redes locais são utilizadas.

21. Switches (Histórico) • Os switches ethernet são comutadores que permitem o compartilhamento de sinal em uma rede padrão Ethernet (IEEE 802.3 e suas variações). • Este compartilhamento se dá de forma segmentada, ou seja, cada porta do switch disponibiliza a largura de banda de forma integral não havendo disputa entre hosts. • Este fato tem o nome de "domínio de colisão" que significa inexistência de colisões na porta do switch. • As colisões ocorrem em um meio compartilhado usando um hub ou barramento com cabos coaxiais. Também existem colisões no compartilhamento de canais em bases de rede sem fios.

22. Switches • Bridges multiportas • Segmentam a rede em vários domínios de colisão • Característica de microsegmentos • Capacidade de comunicação full-duplex

23. Switches -Latência: tempo de atraso do primeiro quadro sair da origem e chegar até o destino. - Latência por comprimento do meio - Latência por processamentos intermediários - ...

24. Switches Mais comum! Modos de switching -Cut-through: despacha o pacote assim que o MAC é descoberto; menor latência; não verifica erros; -Armazenar e encaminhar (Store-and-Forward): recebe todo o pacote -> verifica erros -> descobre o MAC -> encaminha para a porta de destino (maior latência) -Fragment-free: leitura dos primeiros 64bytes (cabeçalho do quadro) para garantir informações de endereçamento e repassa, mesmo o quadro.

25. Switches Modos de Switching: -Cut-through: transmissão simétrica/síncrona nas duas portas (origem e destino); mesma taxa de bits. *Funcionamento: recebe e transmite -Armazenar e encaminhar (Store-and-Forward): transmissão assimétrica/assíncrona nas duas portas (origem e destino); taxas de bits diferentes (100Mbps e 1000Mbps). * Funcionamento: recebe, armazena e transmite

26. Switches

27. Switches

28. Switches

29. Switches

30. Switches

31. Categorias de Switches • Os switches podem ser divididos em duas categorias básicas: • Gerenciáveis: possibilitam o gerenciamento por meio de software de forma remota e são mais caros que os não-gerenciáveis. • Não-gerenciáveis: são mais baratos, mas não possibilitam o gerenciamento tornando a administração da rede bem mais complexa. • Existem switches de vários preços e funcionalidades. • Entretanto, todos tem, a mesma função básica que é permitir o compartilhamento entre os hosts em uma rede Ethernet.

32. Categorias de Switches • Switches Gerenciáveis • permitem a utilização de ferramentas de gerenciamento e configuração, tais como: • Utilização de VLANs • Segurança nas portas • QoS • Espelhamento de portas (mirroring) • STP (Spanning Tree Protocol) • ACLs • DHCP Snooping • Controle de tempestades de broadcast (broadcast storm) • Agregação de portas (Link Aggregation/Etherchannel) • Monitoramento e estatísticas de uso das portas

33. Switch Dell S4820T (10G) Características • Características comuns de qualquer tipo de switch são: • Número de portas:normalmente 8, 16, 24 e 48 portas. • Dimensões:largura de 19'' para colocar em rack • Velocidade: os switches mais comuns funcionam em 10/100 Mbit/s. • Entretanto, existem switches que funcionam em 10/100/1000 em todas as portas ou apenas em algumas portas. • Switches para uso em core possuem portas a 10 e a 40Gbit/s • Por exemplo, 24 portas em 10/100 e duas em 1000. Neste caso, as portas de 1000 seriam utilizadas para cascateamento. • Autonegociação: detecta automaticamente a velocidade e o tipo de comunicação. • Por exemplo, 10Mbit/s, Half-Duplex ou Full-Duplex, 100Mbit/s Half-Duplex ou Full-Duplex ou Gigabit • Auto MDI/MDIX (MDI - Media Dependent Interface) - detecta automaticamente se o cabo é direto ou crossover facilitando a conexão para cascateamento entre switches

34. Por meio de detecção automática, a interface descobre se o cabo remoto é reto ou cruzado É o padrão atualmente em switches, roteadores, access points e etc. Se não houver o auto MDI/MDI-X, deverá ser feito o ajuste manual com um cabo crossover ou reto Nos primeiros hubs e switches, haviam portas especiais chamadas de uplink para fazer o cascateamento devido a não existir o recurso do Auto MDI/MDI-X Auto MDI/MDI-X

35. Negocia parâmetros tais como velocidade, tipo de transmissão e controle de fluxo Reside na camada física Utiliza o protocolo NLP (Normal Link Pulses) para a negociação de parâmetros Prioridade das configurações negociadas: 1000BASE-T full duplex 1000BASE-T half duplex 100BASE-T2 full duplex 100BASE-TX full duplex 100BASE-T2 half duplex 100BASE-T4 100BASE-TX half duplex 10BASE-T full duplex 10BASE-T half duplex Podem ocorrer problemas de ajustes entre Half-duplex e Full-Duplex (Duplex Mismatch) Autonegociação (NWay)

36. Características • Empilhável (Stackable) - permite que sejam "empilhados" switches tornado a ligação transparente resultando em um desempenho melhor. • Ao cascatear dois switches usando portas normais, a largura de banda na ligação entre eles será o da porta. • No caso de empilhamento, a ligação se dá por um cabo especial, normalmente proprietário. Isto faz com que os switches se comportem como se fossem um único dispositivo. • Desta forma, o efeito é como se conectasse o backplane dos switches diretamente. A velocidade de comutação é muitas vezes maior do que a ligação por portas normais.

37. Características • PoE (Power over Ethernet) - esta funcionalidade permite que dispositivos sejam alimentados por corrente elétrica por meio das portas dos switches e dos cabos par trançado. • O objetivo é alimentar telefone IP ou base de acesso a redes sem fios que estejam em lugares de difícil acesso, tais como no alto de torres. • Permite transmissão de energia elétrica juntamente com os dados para um dispositivo remoto, através do cabo de par trançado padrão • Usado com injetores ou switches com portas PoE • Distância limitada, dependendo da voltagem do equipamento • Dois modos de pinagem • Pares não utilizados (modo B) • Pares utilizados (modo A)

38. Características • Slots miniGBIC (Gigabit Interface Converter)- são portas de expansão, utilizadas principalmente para a colocação de módulos para conexão de fibra ótica. • Como o nome diz, são usadas conexões gigabit nestas portas. • Capacidade de endereços MAC - define o número de dispositivos que podem ser diferenciados em um switch. • Todo o quadro que chega a uma porta de um switch será confrontado com a tabela MAC. Se houver a ocorrência, o quadro é enviado a porta correspondente. Se não houver correspondência, é feita uma transmissão em broadcast. • Portanto, se a tabela foi preenchida o broadcast vai rolar solto!

39. Hierarquia em camadas (3-tier) • Core (Núcleo) - esta camada é considerada o backbone (espinha dorsal) da rede e possui os switches de maior desempenho. • Nesta camada não é feito o roteamento ou qualquer tipo de filtragem nos pacotes. A função principal é repassar os pacotes de forma confiável e o mais rapidamente possível. • Distribution (Distribuição) - nesta camada estão os roteadores e os switches/roteadores chamados de switches layer 3 (camada de rede do modelo de referência OSI). • Estes dispositivos devem garantir que os pacotes sejam roteados entre as subredes e as VLANs (Virtual Local Area Network) existentes na rede. Esta camada também é chamada de workgroup (grupo de trabalho). • Access (Acesso) - nesta camada estão os hubs e switches que fornecem o acesso dos hosts dos usuários a rede. Também é chamada de camada desktop porque o objetivo é conectar os hosts dos usuários a rede. • A função deste camada é entregar os pacotes aos computadores dos usuários. Esta diferenciação de funções em cada camada afeta diretamente a escolha do switch. Este é um dos motivos porque existem switches com o mesmo número de portas, mas um custa R$ 200,00 e outro custa R$ 20.000,00.

40. Referências • KUROSE, J. F.; ROSS, K. W. Redes de Computadores e a Internet: uma abordagem top-down. 3ª edição. São Paulo: Addison Wesley, 2007. • PINHEIRO, José. Guia completo de cabeamento de redes. Rio de Janeiro. Elsevier, 2003. • MARIN, Paulo S. Cabeamento Estruturado: Desvendando cada passo: do projeto à instalação. 3ª edição. São Paulo. Ed. Érica, 2010. • ABNT. NBR 14565 : Cabeamento de telecomunicações para edifícios comerciais. Rio de Janeiro. ABNT, 2007. • TRULOVE, James . LAN Wiring. 3.ed. New York. McGraw-Hill, 2006. • Diversos catálogos de fabricantes (Furukawa, Panduit, Anixter, BlackBox, Krone, Nexans, Policom, Dutotec e outros)

41. Referências • Charles Spurgeon's Ethernet (IEEE 802.3) Site - http://www.ethermanage.com/ethernet/ • The Ethernets: Evolution from 10 to 10000 Mbps - ftp://ftp.iol.unh.edu/pub/gec/training/ethernet_evolution.pdf • TANENBAUM, A. Redes de Computadores. 4ª Ed. Campus, 2003. • CISCO, Curso Oficial CCNA – Módulo 1