Comutador/Switch

Introdução às Redes e
Protocolos TCP/IP
Sessão nº2
Jorge Gomes
[email protected]
Frame Ethernet
• Uma interface Ethernet apenas aceita:
– Frames destinados ao seu endereço MAC
– Frames destinados ao endereço de broadcast
– Frames destinados a endereços de multicast subscritos pelo
próprio sistema
• Em modo promíscuo:
– Uma Interface recebe todos os frames mesmo que não sejam
destinados ao seu endereço MAC
– Usado em ferramentas de analise de rede como o tcpdump,
wireshark, etc
– Levanta alguns problemas de segurança por permitir ver o
tráfego de outros utilizadores
– Requer privilégios de administração (root)
Frame Ethernet
Encapsulamento
Header
Ethernet
Dados
“Payload”
Endereço IP de
origem e destino
Header
Ethernet
Datagrama IP
Header
IP
Dados do
datagrama IP
IP
L3
Header
IP
Dados do
datagrama IP
Driver de Rede
L2
Frame Ethernet
Endereço
Ethernet de
origem e destino
Rede Física
cabo
Um de cada vez …
• As redes são tipicamente meios de comunicação partilhados
• Tem de existir um meio de arbitrar a distribuição de largura de
banda entre estações (dispositivos de rede):
– Cada estação deve receber uma parcela justa
– Cada estação deve conseguir aceder ao meio em tempo útil
– Perdas de largura de banda devem ser minimizadas
• No passado os meios eram mesmo fisicamente partilhados:
– As redes Ethernet inicialmente baseavam-se num cabo coaxial
partilhado por todas as estações
– Hoje em ligações half duplex a partilha continua a ser arbitrada
• No entanto mesmo hoje existe sempre uma largura de banda
máxima cuja partilha deve ser forma tão justa quanto possível
Um de cada vez … Token Ring
•
•
•
•
•
•
Controlar o acesso ao meio partilhado
Exemplo: redes em anel: Token Ring, FDDI e CDDI
Existe um único token que circula no anel entre todas as estações
Só quem possui o token é que pode transmitir pacotes
As estações que não possuem o token ficam à escuta
Cada estação verifica se o pacote é para si através do endereço de
destino
Tenho o
token posso
transmitir
Eu sou
o token
O token tal como
a transmissão de
dados roda
sempre no
mesmo sentido
Um de cada vez … Ethernet
•
•
•
•
•
Exemplo: Ethernet clássica (original)
Cabo coaxial partilhado por todas as estações (topologia tipo bus)
Transmissão por tentativa e erro (CSMA/CD)
Uma estação transmite um pacote e todas recebem
Cada estação verifica se o pacote é para si através do endereço
é para
mim 
Terminador
• E se duas transmitem ao mesmo tempo ?
Colisão
CSMA / CD
Procedimento de Transmissão
Procedimento de colisão
a) Se não houver silencio {
a) Continuar transmissão
(período mínimo de transmissão JAM)
b) Incrementar contador
c) Se atingido valor máximo {
Esperar fim da transmissão
Esperar intergap
}
b) Transmitir
c) Se ocorreu colisão {
Procedimento de colisão
}
d) Reset dos contadores
e) Fim de transmissão
Reset de contadores
Abortar a transmissão
}
d) Calcular o valor de espera
(random backoff em função do contador)
e) Esperar backoff
f) Voltar ao procedimento de transmissão
Colisões Ethernet
• Um frame é transmitido bit a bit em serie
• Para que o transmissor se aperceba que o frame que
está a transmitir colidiu:
– Tem de conseguir detectar a colisão antes de transmitir o ultimo
bit do frame
– Normalmente a colisão é detectada até ao fim da transmissão
do preambulo caso contrario designa-se por “late collision”
– Implica limitar o comprimento máximo do meio de transmissão
para garantir que o tempo de propagação máximo fica dentro
do tempo de transmissão do preambulo
• Domínio de colisão designa:
– O conjunto de dispositivos que caso transmitam
simultaneamente podem causar uma colisão
– Antigamente usava-se o termo segmento de rede (cabo
ethernet)
Broadcast Ethernet
• Um frame enviado para o endereço MAC de broadcast chega a
todas as estações
• Domínio de broadcast designa:
– O conjunto de dispositivos que podem receber um mesmo frame
de broadcast
– Rede em que todas as estações podem receber o mesmo frame
de broadcast
– As redes locais com encaminhamento baseado em endereços
MAC são domínios de broadcast
– Rede Layer 2
Repetidor Ethernet
•
•
•
•
Repete bit a bit um frame recebido para todos os outros segmentos
Permite interligar segmentos diferentes
Já são muito pouco usados
Motivações:
–
–
–
–
–
–
Pode eliminar as colisões (se for um repetidor store-and-forward)
Ultrapassar o comprimento máximo de cabo
Interligar redes distantes usando por exemplo fibra óptica
Aumentar a fiabilidade isolando segmentos contra falha física dos cabos
Aumentar o numero de estações ligadas à rede
Interligar redes físicas diferentes 10Base5, 10Base2, 10Base-T
Repetidor
Ethernet Fan-Out
• Dispositivo que possui no seu interior multiplos
transceivers Ethernet
• Um fan-out implementa um segmento de rede Ethernet
• Sozinho é um mini segmento Ethernet
• Podia ser ligado a um cabo Ethernet
• Usado sobretudo nas redes thickwire
• Exemplo: DEC DELNI
• Os sistemas ligavam ao
Fan-out através de um
Cabo AUI
Ethernet e Twisted Pair
• As normas Ethernet baseadas em cabos do tipo Twisted
Pair requerem uma topologia em estrela:
– No centro da estrela está um dispositivo que pode ser um repetidor ou
um comutador (switch)
– Cada estação tem o seu próprio cabo até ao centro da estrela
– Cada cabo twisted pair possui no seu interior 4 pares de fios de cobre
– O twisted pair é sobretudo usado em redes locais para distribuição
horizontal
HUB Ethernet
Repetidor
Cabos Twisted Pair
Um parêntesis sobre cabos e
outro hardware
Ethernet Normas e
Comprimentos
• As normas Ethernet definem comprimentos máximos para os cabos
• Algumas normas para cabos de cobre usados em LANs:
–
–
10Base2
10Base5
thinwire coax
thick coax
10Mb/s
10Mb/s
Half duplex
Half duplex
185m
500m
–
10Base-T
UTP cat3
10Mb/s
100m
–
100Base-TX
UTP cat5
100Mb/s
100m
–
–
–
–
1000Base-T
1000Base-TX
1000Base-CX
10Gbase-T
UTP cat5e (4x pairs)
UTP cat6 (2x pair)
STP
UTP Cat6
UTP Cat6a
STP Cat6a
1000Mb/s
1000Mb/s
1000Mb/s
10000Mb/s
10000Mb/s
10000Mb/s
100m
100m
25m
37-55m
100m
100m
*
*
Ethernet e Twisted Pair
• A existência de múltiplos pares num cabo twisted pair permite
–
–
–
–
Usar pares específicos para transmissão e recepção (full-duplex)
Ambos os modos full-duplex e half-duplex são suportados
Em full-duplex a largura de banda é o dobro ou seja X em cada sentido
Em 100Base-TX em modo full-duplex temos 100Mbps em cada direcção
• Com a evolução das normas tentou-se manter a compatibilidade
entre equipamentos Ethernet que usam UTP:
– A norma 100Base-TX é compatível com 10Base-T
– A norma 1000Base-T é compatível com 10Base-T e 100Base-TX
• Nas normas 10Base-T, 100Base-TX e 1000Base-T é possível ter:
– half-duplex
– full-duplex
– Existem ainda os modos 100Base-T2 half duplex e 100Base-T4 full duplex
• Para permitir interoperabilidade automática entre as normas existe
auto-negociação entre equipamentos Ethernet:
– Assegurar que ambos os extremos funcionam no mesmo modo
Cabos Twisted Pair
•
•
•
•
•
•
Os cabos Ethernet mais comuns são do tipo Unshielded Twisted Pair (UTP)
Existem diversas categorias de cabos UTP
Cada cabo UTP tem 4 pares de fios
Cada par é torcidos
Os fios são identificados por um código de cores
Os conectores para os cabos UTP são do tipo 8P8C (RJ45 )
Cabo
UTP
8P8C (RJ45)
Alicate de cravar
Patch panel
Cabos UTP e STP
• Um cabo Shielded Twisted Pair (STP) possui uma
camisa de metal em volta dos pares (shielding)
• A camisa metálica precisa de ser ligada à terra
• As instalações Ethernet até 1000Base-T usam
normalmente UTP
Cabos STP ligação à terra
Cabos Twisted Pair
• cat5e UTP
– Garante até 100m em 1000Base-T
– Suporta até 100MHz
– Alguns fabricantes anunciam frequências muito superiores mas não é parte do
standard e não estão certificadas
– Não é compatível com a norma 10Gbase-T
• cat6 UTP
– Garante até 37m em 10Gbase-T (em boas condições 55m)
– Suporta até 250MHz
• cat6e UTP
– Garante até 55m em 10Gbase-T (em boas condições 100m)
– Suporta até 500MHz
• cat 6a UTP ou STP
– Garante até 100m em 10Gbase-T
– Suporta até 500MHz
– Possui melhoramentos contra Alien CrossTalk
Systimax cat6a Cable X10D 91B
INSULATION:
PLENUM: FEP
NON PLENUM: PP
LSZH: PP
ISOLATOR
PLENUM: FEP
NON PLENUM: XPE
LSZH: XPE
PAIR SEPARTOR
CONDUCTOR
23 AWG BC
JACKET:
PLENUM: LSPVC
NON PLENUM: FRPVC
LSZH: LSPO
21
Cabos Twisted Pair
• cat7 STP
–
–
–
–
–
–
Possui melhores características contra o CrossTalk que o cat6a
Garante até 100m em 10Gbase-T
Cada par é shielded individualmente
Os 4 pares recebem um segunda shielded à sua volta
Usa tomadas GG45 (compatíveis 8P8C) ou TERA
Quando equipado com as tomadas GG45 ou TERA suporta 600MHz
TERA
• cat7a STP
– Suporta até 1000MHz
– Possivelmente poderá suporta 40 Gigabit Ethernet até 50m
– Possivelmente poderá suporta 100 Gigabit Ethernet até 15m
GG45
Cat 6A versus cable Cat 7/7A
Largura de Banda
250 MHz
Categoría 6
Categoría 6A UTP
Categoría 6A FTP
Categoría 7
Categoría 7A
500 MHz
600 MHz
1000 MHz
Cabos Twisted Pair
• O cabo Twisted Pair pode ser unifilar ou multifilar
• O cabo unifilar:
–
–
–
–
–
Usado em condutas e instalações permanentes
Menor atenuação
Menor custo
Menor flexibilidade
Mais susceptível a danificar-se em caso de dobragem
• O cabo multifilar (patchcord):
– Para ligar os patch panels a outros patch panels
– Para ligar as tomadas às estações
• Os conectores para multifilar e unifilar são diferentes !
• Quando se diz Ethernet até 100m quer dizer 90m de
cabo unifilar mais 10m de cabo multifilar
Conectores
Conector macho
• Conector 8P8C
• Frequentemente designado
por RJ45
• Os conectores são cravados
nos cabos
• O conector para cabo unifilar é
diferente do conector para
cabo unifilar
• Os conectores macho são
usados nas duas pontas dos
patch cords
• O conector fêmea é usado nos
patch panels e tomadas de
parede
Patches
• Os patches são usados para concentrar os cabos que chegam a
um wiring closet
• Wiring closet é uma sala onde chegam todos os cabos
• Um ponto central facilita o estabelecimento das ligações
NIC
• Network Interface Card
– Placas Ethernet ou Interface Ethernet
• Possuem um ou mais conectores RJ45
Patch Cord
• Os patch cords são usados para ligar
– Os patches aos equipamentos
– As tomadas de parede aos equipamentos
• São concebidos em cabo multifilar para serem mais
flexíveis
– Já vêem cravados de fabrica
Patches
• Exemplo de ligação para equipamentos em bastidores (racks)
diferentes
• Dois patches interligados por cabos unifilares em encarnado
• Os patch cords em azul ligam os equipamentos aos patches
Switch
Ethernet
Servidores
Patches
• Tomadas de parede e um patch interligados por cabos unifilares
em encarnado
• Os patch cords em azul ligam os equipamentos às tomadas de
parede
Switch
Ethernet
Servidores
Patches
Cabos Twisted Pair
• Existem 2 códigos de cores para efectuar a ligação dos 8 fios
• Numa instalação
deve usar-se
sempre a mesma
norma
Cabos Twisted Pair
• A ligação entre fios e pinos não é indiferente
• Existem cabos:
– Directos (straight trough) para ligar dispositivos a um hub
– Cruzados (cross over) raramente necessários, são usados para ligar
dois dispositivos terminais entre si sem hub no meio
Repetidor
ou switch
Cabos de patch cruzados
(crossed over)
Cabos de patch directos
(straight through)
TX
RX
RX
TX
TX
TX
RX
RX
Cabos Twisted Pair
•
Cabo cruzado de acordo com a norma T568B
Cabos Twisted Pair
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Strip off about 2 inches of the cable sheath.
Untwist the pairs - don't untwist them beyond what you have exposed, the
more untwisted cable you have the worse the problems you can run into.
Align the colored wires according to the diagrams above.
Trim all the wires to the same length, about 1/2" to 3/4" left exposed from
the sheath.
Insert the wires into the RJ45 plug - make sure each wire is fully inserted
to the front of the RJ45 plug and in the correct order. The sheath of the
cable should extend into the RJ45 plug by about 1/2" and will be held in
place by the crimp.
Crimp the RJ45 plug with the crimper tool.
Verify the wires ended up the right order and that the wires extend to the
front of the RJ45 plug and make good contact with the metal contacts in
the RJ45 plug
Cut the cable to length - make sure it is more than long enough for your
needs.
Repeat the above steps for the second RJ45 plug.
Cabos Twisted Pair
• Entre repetidores ou comutadores (switches) pode ser
necessário usar cabos cruzados
• Os equipamentos modernos possuem portas com “auto
MDI-X” que detecta automaticamente o tipo de cabo e
ajusta a porta de acordo
Directo
Repetidor
Cruzado
Repetidor
Directo
Cabos Twisted Pair
• Não esquecer que não basta o cabo as tomadas e
conectores também têm de cumprir os requisitos !!!
• Os cabos uma vez instalados devem ser testados
• Existem equipamentos próprios para o efeito
Cabos Twisted Pair
• A mesma infra-estrutura de cabo usada para Ethernet
pode ser também aproveitada para os telefones
clássicos:
– Evita ter de montar duas redes
– É mais flexível
• Cada cabo ou é usado para rede ou para telefone não
pode ser usado simultaneamente para as duas coisas:
– A menos que seja um telefone de Voice Over IP (VOIP)
Cablagem Estruturada
• Cablagem estruturada é tudo o que estivemos a falar
• Uma rede de cabos organizada e que cumpre normas
• Num edifício
• Cablagem horizontal
normalmente em
Twisted Pair
• Cablagem vertical em
fibra óptica
Fibras Ópticas
• Usadas em aplicações que
requerem:
– Para maior desempenho
• Normas de transmissão mais rápidas
• Múltiplos canais de comunicação
numa mesma fibra
– Para maior distância
• Menor perda de sinal
– Maior fiabilidade
• Menor bit error rate
• Imunidade à radiação
electromagnética
Fibras Ópticas
• Multimodo (Multimode MMF)
– Core da fibra de maior diâmetro > 10 µm
– A luz é guiada pela reflexão interna
– Múltiplos caminhos
(8 – 10)
• Monomodo (singlemode SMF)
– Core de diâmetro muito reduzido < 10 µm (50 – 62.5)
– Um único caminho
Fibras Ópticas
• A fibra possui diversas
camadas à sua volta
• Cladding é um material
reflector
• Buffer é um material
resinoso
• O Jacket confere a
protecção externa
• O objectivo das
camadas e melhorar a
resistência do cabo
Fibras Ópticas
• A designação 8/125 significa
– Core 8µm
– Cladding 125µm
– Monomodo
• A designação 50/125 significa
– Core 50µm
– Cladding 125µm
– Multimodo
• A designação 62.5/125 significa
– Core 62.5µm
– Cladding 125µm
– Multimodo
Fibras Ópticas
• A atenuação depende dos tipos de cabos e
materiais de que são feitos
– Absorção
– Rayleigh scattering
• Existem comprimentos de onda onde a
atenuação é menor
–
–
–
–
–
780nm
850nm
1310nm
1550nm
1625nm
Fibras Ópticas
• Tipos de fibras:
– G.651
• MMF 50/125
• 850nm, 1350nm
• 0.8dB/Km
– G.652
• SMF 8/125
• 1310nm, 1550nm
• 0.2dB/Km
– G.652.C
• SMF 8/125
• 1285nm – 1625nm
• 0.2dB/Km
(pode ser usada em WDM)
Fibras Ópticas
• Tipos de fibras:
– G.653
• Dispersion Shifted Fibre (DSF)
• SMF 8/125
• 1500nm, 1600nm
(pode ser usada em WDM)
– G.654
•
•
•
•
Silica core
Usada em cabos submarinos
SMF 8/125
1500nm, 1600nm
(pode ser usada em WDM)
– G.655
• Non-Zero Dispersion Shifted Fibre (NZDSF)
• SMF 8/125
• 1550nm
(pode ser usada em DWDM)
Fibras Ópticas / Conectores
• Estes conectores podem ser usados com fibras
MMF e SMF
Fibras Ópticas
• Conectores:
LC
E2000
MTRJ
SC
LC-SC
Fibras Ópticas
• Cuidados:
– Não dobrar ou exercer qualquer tipo de pressão ou
estiramento nas fibras
– Na passagem das fibras por condutas não esticar
• Se possível deixar as fibras soltas
• Nos ângulos manter sempre um arco de curvatura
– Manter os conectores sempre tapados para
protecção contra pó e sujidade:
• Conectores nas pontas dos cabos
• Conectores dos transceivers
– Arrumar com cuidado:
• De preferência dentro de sacos fechados
• Sem pesos ou apertos
• Preservar sempre um arco de curvatura
Fibras Ópticas
• Fibre patch panel
Ethernet Normas e
Comprimentos
• As normas Ethernet definem comprimentos máximos para os cabos
• Algumas normas para cabos de cobre e fibra usados em LANs:
–
–
–
10Base2
10Base5
10Base-T
thinwire coax
thick coax
UTP cat3
10Mb/s
10Mb/s
10Mb/s
Half duplex
Half duplex
185m
500m
100m
–
100Base-TX
UTP cat5
100Mb/s
100m
–
–
–
–
1000Base-T
1000Base-TX
1000Base-CX
10Gbase-T
UTP cat5e (4x pairs)
UTP cat6 (2x pair)
STP
UTP Cat6
UTP Cat6a
STP Cat6a
1000Mb/s
1000Mb/s
1000Mb/s
10000Mb/s
10000Mb/s
10000Mb/s
100m
100m
25m
37-55m
100m
100m
–
1000Base-SX
Fibre Multimode
1000Mb/s
220-550m
–
–
–
10Gbase-SR
10Gbase-LX4
10Gbase-LRM
Fibre Multimode
Fibre multimode
Fibre multimode FDDI
10000Mb/s
10000Mb/s
10000Mb/s
26-300m
240-300m
220-260m
*
*
*
*
Fibras Ópticas
• 1000Base-SX
– MMF usando LED
– 220m com 62.5/125
– 550m com 50/125
770nm a 860nm (NIR)
• 1000Base-LX
–
–
–
–
SMF usando laser
1270nm a 1355nm
Até 5Km sobre MMF de 10µm
Pode funcionar sobre MMF até 300m
Pode funcionar sobre MMF até 550m com um launch cord patch
para distribuir a luz
Fibras Ópticas
• 10Gbase-SR
– MMF usando laser
850nm
– Entre 26m e 82m com 62.5/125 dependendo do cabo
– 330m com 50/125 OM3
• 10Gbase-LR
– SMF usando laser
1310nm
– 10Km é a norma, mas por vezes consegue até 26Km
• 10Gbase-LX4
–
–
–
–
SMF usando lasers
1300nm
Usa course WDM com 4 frequências
240m a 300m sobre MMF
10Km sobre SMF
• 10Gbase-LRM
– MMF usando lasers
1310nm
– 220m sobre as antigas fibras 62.5 usadas para FDDI
– 260m sobre 50/125 OM3
Fibras Ópticas
• Transceivers
– GBIC
• Gigabit Interface Converter
• 1000Base-SX, 1000Base-LX, 100Base-CX etc
• Fibre Channel
– Mini-GBIC ou SFP
• small form-factor pluggable (SFP)
• Gigabit Ethernet
• Fibre Channel
– SFP+
• small form-factor pluggable plus (SFP+)
• Ten gigabit Ethernet (10GbE)
• Fibre Channel
Fibras Ópticas
• Transceivers
– XFP
•
•
•
•
•
•
•
10 Gigabit Small Form Factor Pluggable
850nm, 1310nm or 1550nm, for 10 Gigabit
Ten gigabit Ethernet (10GbE)
Fibre channel
SONET/SDH
DWDM
Gigabit Ethernet (recomendado)
– Xenpak
• Ten gigabit Ethernet (10GbE)
• SMF, MMF e cobre (CX4 com cabos Infiniband)
• Caiu em desuso devido ao tamanho
Fibras Ópticas
• Transceivers
– X2
• Ten gigabit Ethernet (10GbE)
• Pouco sucesso no mercado
CX4
– XPAK
• Expansion PAK
• Ten gigabit Ethernet (10GbE)
• Pouco sucesso no mercado
Fibras ópticas
• Modulo de switching de 10GbE com 8 XFP
Cartas de 10GbE para PC
• A maioria das interfaces
10GbE também suportam
transceivers
• Normalmente assentam num
BUS PCIe x8
10GbE em cobre (?)
• A norma 10Gbase-T foi publicada
em 2006 IEEE802.3an
• Suporta STP e UTP
• Ainda não está amplamente
divulgada
• Já começa a existir algum
hardware mas ainda é
dispendioso
• Possivelmente o preço vai baixar
quando surgir embebida nos
motherboards
Broadcom NetXtreme
II 57710 Single Port
10GBase-T Ethernet
PCI-Express
Mais sobre Ethernet
Ainda Repetidores
• O problema dos repetidores mesmo os mais sofisticados é que
continua a existir um único domínio de broadcast/unicast:
•
•
•
•
Independentemente da topologia (estrela ou bus)
Cada estação recebe e vê todo o tráfego da rede
A ocupação de todos os segmentos é igual mesmo que as estações locais
estejam caladas
Meio partilhado
Repetidor
A
Repetidor
Pacote
para B
B
A
B
Pacote
para B
Bridges
•
•
•
•
Processam e encaminham pacotes
Só passam pacotes de um segmento para o outro quando necessário (funcionam
como filtros)
Encaminhamento baseado no endereço Ethernet de destino do pacote
Motivações:
–
–
–
–
•
Ultrapassar o comprimento máximo de cabo
Aumentar a fiabilidade isolando segmentos contra falha física dos cabos
Isolar o tráfego impedindo que chegue a todos os segmentos
Interligar tecnologias de rede diferentes que partilhem o mesmo formato de frames
(Ethernet e Wireless, Ethernet e FastEthernet)
Funcionamento:
–
–
–
Uma bridge escuta todo o tráfego para aprender automaticamente quem esta em cada
segmento ou porta e mantém uma tabela
Quando desconhece um destino envia o pacote para todos os segmentos
Os broadcasts têm de ser enviados para todos os segmentos
Eu sei que o B está
do lado esquerdo
Pacote
para B
B
A
Bridge
Bridges
• As bridges tradicionais possuíam duas portas
• Para isolar múltiplos segmentos recorria-se a múltiplas bridges
• Todas as bridges ligavam a um backbone:
– Neste modelo o backbone arriscava-se a tornar-se um bottleneck
– A largura de banda do backbone podia ser facilmente saturada porque era
igual à largura de banda de cada um dos segmentos
Backbone
10Mbps
10Mbps
Bridge
Bridge
Bridge
10Mbps
10Mbps
Dual Speed Hub
• É um repetidor que suporta por exemplo:
– 10Mbits
– 100Mbits (Fast Ethernet)
• Neste caso o repetidor possui dos segmentos de rede a
10 e 100 interligados por um switch
• Dependendo da negociação a estação é colocada:
– No segmento de 10Mbits
– No segmento de 100Mbits
• Técnica muito usada nos repetidores 10/100
100Mbits
10Mbits
SWITCH
Comutador/Switch
• Possui múltiplas portas
• Permite encaminhar pacotes individualmente de
qualquer porta para qualquer porta com base
nos seus endereços de destino
• As varias portas funcionam simultaneamente
• Normalmente o forwarding-plane possui um
desempenho muito superior à largura de banda
das portas
Comutador/Switch
• Switch Ethernet ou switch L2
– Possui as funcionalidades de uma bridge com múltiplas portas
– Encaminha pacotes com base no endereço de destino Ethernet
– Tal como uma bridge
• Um switch L3
– Encaminha pacotes com base no endereço IP
– É um router
• Um switch L4
– Encaminha pacotes com base no endereço IP e portas
– Tem em conta as portas TCP ou UDP para efectuar algum tipo de balanceamento
– Frequentemente suporta NAT
• Um switch L7
– Encaminha pacotes com base em informação das aplicações ex. URL
– Servem para efectuar balanceamento ou filtragem
Comutador/Switch
• Vantagens:
– O “forwarding-plane” dos switches permitem elevados desempenhos e
largura de banda (limitada apenas pelo forwarding-plane)
– Graças a buffers de memoria associados às portas os switches podem
minimizar a perda de pacotes
– A combinação da comutação de pacotes, buffers de memoria, e portas
com full-duplex elimina as colisões
Content Addressable Memory
Forwarding Plane
Comutador/Switch
• Learning
– Quando é recebido um pacote o endereço de origem é verificado.
– Se não for conhecido o endereço de origem e a porta por onde chegou são
guardados numa tabela
• Flooding
– Se o endereço de destino não for conhecido
– O pacote é enviado por todas as portas excepto pela que foi recebido
• Filtering
– Se o endereço de destino for conhecido e se a porta na tabela for a mesma de
por onde o pacote chegou então é ignorado
• Forwarding
– Corresponde à acção de encaminhar um pacote para o endereço destino
• Aging
– Todas as entradas da tabela do switch possuem um tempo de vida máximo que
espira a entrada é removida e terá de ser criada de novo através de learning
Comutador/Switch
• Tipos de Ethernet switches L2:
– Store-and-Forward:
•
•
•
•
O frame é recebido e verificado integralmente
Maior latência
Evita encaminhamento de frames corrompidos
A maioria dos switches modernos são deste tipo
– Cut-Through:
•
•
•
•
O forwarding começa mal o endereço de destino é recebido
Menor latência
Pode encaminhar frames corrompidos
Funcionam como store-and-forward se a porta de transmissão estiver
ocupada
– Fragment-free
• Uma colisão deve ocorrer durante os primeiros 64Bytes do frame
• Um switch fragment free so começa o forwarding após a recepção dos
primeiros 64Bytes
– Adaptative
• Pode comutar entre os modos acima descritos
• Ex: funcionar como cut-through mas em caso de colisões ou erros
excessivos comutar para store-and-forward
Comutador/Switch
• Shared memory - This type of switch stores all incoming packets in
a common memory buffer shared by all the switch ports
(input/output connections), then sends them out via the correct
port for the destination node.
• Matrix - This type of switch has an internal grid with the input ports
and the output ports crossing each other. When a packet is
detected on an input port, the MAC address is compared to the
lookup table to find the appropriate output port. The switch then
makes a connection on the grid where these two ports intersect.
• Bus architecture - Instead of a grid, an internal transmission path
(common bus) is shared by all of the ports using TDMA. A switch
based on this configuration has a dedicated memory buffer for
each port, as well as an ASIC to control the internal bus access.
Comutador/Switch
Comutador/Switch
Uplinks
• Nos switches mais sofisticados os uplinks:
• Frequentemente suportam cobre ou fibra
• Frequentemente são de técnologia mais rápida que as outras
portas
Comutador/Switch
Stackable
switches
Os mais sofisticados
são bidireccionais
Comutador/Switch
Force10 Terascale
com 600 portas
Gigabit Ethernet
Modulo de
50 portas
Gigabit Ethernet
Comutador/Switch
• Force10 C300
• Capacidade do
engenho (L2/L3)
– 1536 Tbps
– 952 Mpps
– 5µs de latência
• Interfaces
– 384 portas
10/100/1000
– 64 portas 10GbE
Comutador/Switch
Comutador/Switch
Cabos Ethernet UTP
Linecards de 48x 10/100/1000
As ópticas 10GbE são intermutaveis
Linecards de 8x 10GbE
Supervisores redundantes com
gestão remota via Ethernet
Linecards de 8x 10GbE
Slot vazio
Fontes de alimentação com
suporte para PoE
Fibras para 10GbaseSR (multimodo)
Force10 E-series
Force10 E-series
Force10 C300
C-series
Switch
Fabrid
Backplane
data links
in each CSF
one for
each slot
Internal
Dataplane
Link
Forwarding
processors
Comutador/Switch
• Em relação às funcionalidades de gestão:
– Unmanaged
•
•
•
•
•
Switches sem funcionalidades de gestão,
Não são configuráveis
Não possuem mecanismos de monitorização
São mais baratos
É so ligar à corrente e usar
– Managed
• Podem ser configurados através de uma consola, interface
web, SSH
• Podem ser monitorizados remotamente SNMP, RMON, etc
• Possuem funções mais avançadas
Comutador/Switch
• Algumas das funcionalidades “avançadas” em switches
Layer 2:
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
Actualização de firmware via rede
SNMP, RMON, port-mirroring, SYSLOG, SSH, NTP
Spanning Tree, Rapid Spanning Tree, Per VLAN Spanning Tree+
LaG, LACP
MAC filtering
802.1X access control
Virtual LANs
IGMP snooping
Broadcast storm control
Policing e Shapping
QoS
Power over Ethernet
Redundancia
Jumbo frames
LLDP
Force10 C300
• Para ver o estado dos Backplane Data links
swlip01#show switch links back
Switch fabric backplane link status:
LC SlotID
0
1
2
3
4
5
6
7
SFM0 Links Status
SFM1 Links Status
Port0 | Port1 | Port2 | Port3 | Port4 | Port5 | Port6 | Port7
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
up
Force10 C300
• Para ver o estado dos Backplane Data links
• Neste caso do modulo no slot 1 que no LIP contém 8
portas tem gigabit
swlip01#show switch links internal 1
Switch fabric internal link status for line card slot#1:
Link#
Status
0
up
1
up
2
up
3
up
4
up
5
up
6
up
7
up
Force10 C300
• Para ver o estado do RPM 0
swlip01#sh rpm 0
-- RPM card 0 -Status
: active
Next Boot
: online
Card Type
: RPM - Route Processor Module (LC-CB-RPM)
Hardware Rev : 2.0
Num Ports
: 1
Up Time
: 33 wk, 0 day, 9 hr, 37 min
Last Restart : normal power-cycle
FTOS Version : 7.7.1.0b
Jumbo Capable : yes
CP Boot Flash : A: 2.7.1.1
B: 2.7.1.1
[booted]
CP FPGA Flash : A: 5.0
CP Mem Size
: 1090519040 bytes
MMC Mem Size : 520736768 bytes
External MMC : n/a
Temperature
: 37C
Power Status : AC
Voltage
: ok
Serial Number : FX000028043
Part Number
: 7520029306 Rev 01
Vendor Id
: 04
Date Code
: 01112008
Country Code : 01
Force10 C300
• Para ver o estado dos Switch Fabric Modules
swlip01#sho sfm
Switch Fabric State: up
-- SFM 0 -Status
Module Type
Up Time
: active
: SFM - Switch Fabric Module
: 33 wk, 0 day, 11 hr, 0 min
-- SFM 1 -Status
Module Type
Up Time
: active
: SFM - Switch Fabric Module
: 0 sec
Force10 C300
• Para ver o estado do RPM 0
swlip01>sh linecard 2
-- Line card
Status
Next Boot
Required Type
Current Type
Hardware Rev
Num Ports
Up Time
FTOS Version
Jumbo Capable
POE Capable
Boot Flash
FPGA Flash
Memory Size
Temperature
Power Status
Voltage
Serial Number
Part Number
Vendor Id
Date Code
Country Code
2
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
-online
online
EX8PB - 8-port 10GE LAN PHY line card with XFP optics (CB)
EX8PB - 8-port 10GE LAN PHY line card with XFP optics (CB)
2.0
8
33 wk, 0 day, 10 hr, 17 min
7.7.1.0b
yes
no
A: 2.6.0.2 [booted]
B: 2.6.0.2
A: 2.3
268435456 bytes
33C
AC
Opcionalmente pode-se
ok
usar o show chassis
FX000045367
7520036206 Rev 01
para listar todos os
04
RPMs, linecards e PSUs
01202009
01
Force10 C300
• Para ver a tabela de encaminhamento Layer 2
• Para ver a tabela central de switching
swlip01#sho mac-address-table
VlanId
Mac Address
1
00:03:ba:f1:fe:11
1
00:0c:82:01:01:5d
1
00:0d:54:82:d1:40
1
00:0f:cb:4d:42:40
1
00:0f:cb:ce:9a:40
1
00:0f:cb:e7:06:80
1
00:0f:cb:e7:3e:80
1
00:11:d8:5c:75:b9
1
00:12:a9:6e:78:e0
1
00:14:4f:0e:29:0a
1
00:14:4f:0e:29:15
1
00:14:4f:0e:32:f8
1
00:14:4f:0e:33:0e
1
00:14:4f:0e:33:26
1
00:14:4f:0e:33:39
1
00:14:4f:0e:33:6d
Type
Dynamic
Dynamic
Dynamic
Dynamic
Dynamic
Dynamic
Dynamic
Dynamic
Dynamic
Dynamic
Dynamic
Dynamic
Dynamic
Dynamic
Dynamic
Dynamic
Interface
Gi 6/4
Gi 6/4
Te 0/3
Te 0/3
Te 0/2
Te 0/2
Te 0/2
Gi 6/1
Te 0/3
Gi 6/4
Gi 6/4
Gi 6/4
Gi 6/4
Gi 6/4
Gi 6/4
Gi 6/4
State
Active
Active
Active
Active
Active
Active
Active
Active
Active
Active
Active
Active
Active
Active
Active
Active
Force10 C300
• Para ver a tabela de encaminhamento Layer 2
• Cada linecard (modulo) possui a sua própria copia
swlip01#show cam mac linecard 1 port-set 0
VlanId
Mac Address
Region
Interface
9
00:16:3e:2f:ff:7d
DYNAMIC
Gi 6/18
9
00:e0:81:42:d2:20
DYNAMIC
Gi 3/39
8
00:1e:0b:c1:ee:dc
DYNAMIC
Gi 7/7
8
00:16:3e:6e:44:6a
DYNAMIC
Gi 4/24
9
00:e0:81:5a:49:d6
DYNAMIC
Gi 3/39
9
00:16:3e:7e:6f:d7
DYNAMIC
Gi 4/25
8
00:16:3e:64:8c:a5
DYNAMIC
Gi 4/24
9
00:16:c1:88:5a:3e
DYNAMIC
Gi 4/5
8
00:16:3e:10:fa:82
DYNAMIC
Gi 6/18
8
00:16:36:84:75:cc
DYNAMIC
Gi 3/47
8
00:16:36:c5:8d:99
DYNAMIC
Gi 3/47
8
00:1e:0b:c6:eb:82
DYNAMIC
Gi 7/23
8
00:16:3e:64:c2:73
DYNAMIC
Gi 6/18
9
00:16:3e:29:14:79
DYNAMIC
Gi 4/25
8
00:24:81:ff:01:31
DYNAMIC
Gi 3/15
8
00:1e:0b:c1:ee:5a
DYNAMIC
Gi 5/14
8
00:1f:29:56:bf:51
DYNAMIC
Gi 5/2
8
00:24:51:e1:29:6d
DYNAMIC
Gi 3/47
8
00:16:36:91:ef:76
DYNAMIC
Gi 3/47
9
00:16:3e:4b:b1:8f
DYNAMIC
Gi 6/19
Force10 C300
• Para listar as versões e configuração de hardware
swlip01#sh version
Force10 Networks Real Time Operating System Software
Force10 Operating System Version: 1.0
Force10 Application Software Version: 7.7.1.0b
Copyright (c) 1999-2008 by Force10 Networks, Inc.
Build Time: Tue Jul 15 01:51:03 PDT 2008
Build Path: /sites/sjc/work/sw/build/special_build/Release/E7-7-1/SW/SRC
swlip01 uptime is 33 week(s), 0 day(s), 9 hour(s), 39 minute(s)
System image file is "flash://FTOS-CB-7.7.1.0b.bin"
Chassis Type: C300
Control Processor: IBM PowerPC 750FX (Rev D2.2) with 1090519040 bytes of memory.
128K bytes of non-volatile configuration memory.
2
1
2
5
2
20
240
Route Processor/Switch Fabric Module
4-port 10GE LAN PHY line card with XFP optics (CB)
8-port 10GE LAN PHY line card with XFP optics (CB)
48-port GE 10/100/1000Base-T line card with RJ45 interfaces (CB)
FastEthernet/IEEE 802.3 interface(s)
Ten GigabitEthernet/IEEE 802.3 interface(s)
GigabitEthernet/IEEE 802.3 interface(s)
Force10 C300
swlip01#sho os-version
RELEASE IMAGE INFORMATION :
--------------------------------------------------------------------Platform
Version
Size
ReleaseTime
C-Series: CB
7.7.1.0b
27505240
Jul 15 2008 02:08:14
TARGET IMAGE INFORMATION :
--------------------------------------------------------------------Type
Version
Target
checksum
runtime
7.7.1.0b
Control Processor
passed
runtime
7.7.1.0b
Linecard
passed
runtime
7.7.1.0b
FPGA
passed
FPGA IMAGE INFORMATION :
--------------------------------------------------------------------Card
FPGA Name
Version
Release Date
RPM0
RPM FPGA
5.0
Jan 17 2008
RPM1
RPM FPGA
5.0
Jan 17 2008
LC0
10G LCM FPGA
2.3
Aug 03 2007
LC1
10G LCM FPGA
2.3
Aug 03 2007
LC2
10G LCM FPGA
2.3
Aug 03 2007
LC3
48 Port 1G LCM FPGA
3.6
Nov 01 2007
LC4
48 Port 1G LCM FPGA
3.6
Nov 01 2007
LC5
48 Port 1G LCM FPGA
3.6
Nov 01 2007
LC6
48 Port 1G LCM FPGA
3.6
Nov 01 2007
LC7
48 Port 1G LCM FPGA
3.6
Nov 01 2007
Force10 C300
sh os-version continuação ...
BOOT IMAGE INFORMATION :
--------------------------------------------------------------------Type
Version
Target
checksum
boot flash
2.7.1.1
Control Processor
passed
boot flash
2.6.0.2
Linecard
passed
BOOTSEL IMAGE INFORMATION :
--------------------------------------------------------------------Type
Version
Target
checksum
boot selector
2.7.1.1
Control Processor
passed
boot selector
2.6.0.2
Linecard
passed
Force10 C300
• Para listar o consumo dos modulos
swlip01#sho power detail
Catalog
slot
Name
Id
Logic Power
Inline Power
Inline Power
Consumed
Allocated
Consumed
(Watts)
(Watts)
(Watts)
--------------------------------------------------------------------------EX4PB
0
100
0.00
0.00
EX8PB
1
120
0.00
0.00
EX8PB
2
120
0.00
0.00
E48TB
3
100
0.00
0.00
RPM
0
100
0.00
0.00
RPM
1
100
0.00
0.00
E48TB
4
100
0.00
0.00
E48TB
5
100
0.00
0.00
E48TB
6
100
0.00
0.00
E48TB
7
100
0.00
0.00
CC-C300-FAN
85
0.00
0.00
Force10 C300
• Para listar o consumo dos modulos
swlip01#sho power supply
Power
Model
Supply
Number
Type
Status
--------------------------------------------------------------------PEM0
CC-C-1200W-AC
AC
Active
PEM1
CC-C-1200W-AC
AC
Active
PEM2
Absent
PEM3
Absent
PEM4
Absent
PEM5
Absent
PEM6
CC-C-1200W-AC
AC
Active
PEM7
CC-C-1200W-AC
AC
Active
Force10 C300
• Para listar o a redundancia
swlip01#sh redundancy
-- RPM Status ------------------------------------------------RPM Slot ID:
0
RPM Redundancy Role:
Primary
RPM State:
Active
RPM SW Version:
7.7.1.0b
Link to Peer:
Up
-- PEER RPM Status ------------------------------------------------RPM State:
Standby
RPM SW Version:
7.7.1.0b
-- RPM Redundancy Configuration ------------------------------------------------Primary RPM:
rpm0
Auto Data Sync:
Full
Failover Type:
Hot Failover
Auto reboot RPM:
Enabled
Auto failover limit:
3 times in 60 minutes
-- RPM Failover Record ------------------------------------------------Failover Count:
1
Last failover timestamp:
Aug 03 2009 16:50:06
Last failover Reason:
User request
Last failover type:
Hot Failover
-- Last Data Block Sync Record: ------------------------------------------------Line Card Config:
succeeded Mar 17
2010 14:10:58
Start-up Config:
succeeded Mar 17
2010 14:10:58
Runtime Event Log:
succeeded Aug 03
2009 16:51:59
Running Config:
succeeded Aug 03
2009 16:51:59
ACL Mgr:
succeeded Aug 03
2009 16:51:59
Force10 C300
• Para listar as variáveis de controlo do boot
swlip01#sho bootvar
PRIMARY IMAGE FILE = flash://FTOS-CB-7.7.1.0b.bin
SECONDARY IMAGE FILE = flash://FTOS-CB-7.7.1.0.bin
DEFAULT IMAGE FILE = flash://FTOS-CB-7.7.1.0.bin
LOCAL CONFIG FILE = variable does not exist
PRIMARY HOST CONFIG FILE = variable does not exist
SECONDARY HOST CONFIG FILE = variable does not exist
PRIMARY NETWORK CONFIG FILE = variable does not exist
SECONDARY NETWORK CONFIG FILE = variable does not exist
CURRENT IMAGE FILE = flash://FTOS-CB-7.7.1.0b.bin
CURRENT CONFIG FILE 1 = variable does not exist
CURRENT CONFIG FILE 2 = variable does not exist
CONFIG LOAD PREFERENCE = local first
BOOT INTERFACE GATEWAY IP ADDRESS = variable does not exist
CISCO 7600
gtlip>sho version
Cisco IOS Software, c7600rsp72043_rp Software (c7600rsp72043_rp-ADVIPSERVICESK9-M), Version
12.2(33)SRC3, RELEASE SOFTWARE (fc2)
Compiled Tue 16-Dec-08 09:49 by prod_rel_team
ROM: System Bootstrap, Version 12.2(33r)SRC3, RELEASE SOFTWARE (fc1)
gtlip uptime is 43 weeks, 7 hours, 26 minutes
Uptime for this control processor is 43 weeks, 7 hours, 26 minutes
System returned to ROM by power cycle (SP by power on)
System restarted at 19:03:38 WET Mon May 25 2009
System image file is "bootdisk:c7600rsp72043-advipservicesk9-mz.122-33.SRC3.bin"
Host configuration file is "tftp://10.226.1.1//cisco/pro/acl100.dat"
Last reload type: Normal Reload
Cisco CISCO7606-S (M8500) processor (revision 1.0) with 851968K/65536K bytes of memory.
Processor board ID FOX1216GWUH
BASEBOARD: RSP720
CPU: MPC8548_E, Version: 2.0, (0x80390020)
CORE: E500, Version: 2.0, (0x80210020)
CPU:1200MHz, CCB:400MHz, DDR:200MHz,
L1:
D-cache 32 kB enabled
I-cache 32 kB enabled
Last reset from power-on
2 Virtual Ethernet interfaces
50 Gigabit Ethernet interfaces
4 Ten Gigabit Ethernet interfaces
3964K bytes of non-volatile configuration memory.
500472K bytes of Internal ATA PCMCIA card (Sector size 512 bytes).
Configuration register is 0x2102
CISCO 7600
gtlip>sh modules
Mod Ports Card Type
--- ----- -------------------------------------1
4 CEF720 4 port 10-Gigabit Ethernet
2
48 48-port 10/100/1000 RJ45 EtherModule
5
2 Route Switch Processor 720 (Active)
Model
-----------------WS-X6704-10GE
WS-X6148A-GE-TX
RSP720-3C-GE
Mod MAC addresses
Hw
Fw
--- ---------------------------------- ------ -----------1 001f.cae6.d9f4 to 001f.cae6.d9f7
2.7
12.2(14r)S5
2 0021.55e0.b190 to 0021.55e0.b1bf
1.6
8.4(1)
5 001e.131f.72d4 to 001e.131f.72d7
5.2
12.2(33r)SRC
Mod
---1
5
5
Sub-Module
--------------------------Centralized Forwarding Card
Policy Feature Card 3
C7600 MSFC4 Daughterboard
Mod
---1
2
5
Online Diag Status
------------------Pass
Pass
Pass
Model
-----------------WS-F6700-CFC
7600-PFC3C
7600-MSFC4
Serial No.
----------JAF1219AJPG
SAL1220QZT3
JAE1216F9II
Sw
-----------12.2(33)SRC3
8.7(0.22)SRC
12.2(33)SRC3
Status
------Ok
Ok
Ok
Serial
Hw
Status
----------- ------- ------JAF1208BKSH 4.0
Ok
JAE1216EW9Z 1.1
Ok
JAE1216EWWE 1.1
Ok
CISCO / Force10
• Em caso de problemas em que se tenha de abrir
uma chamada na assistência
• Acompanhar o pedido de assistência com o
output do comando show tech-support
• Efectua uma listagem exaustiva da
configuração, estado e logs do equipamento
CISCO / Force10
• O comando show logging mostra as mensagens
de log armazenadas nos buffers de log
• As mensagens mais antigas vão sendo
reescritas em beneficio das mais novas
CISCO / Force10
• Para ver o consumo do CPU general purpose do
RPM ou supervisor:
show processes cpu
• Para ver o consumo de memoria no RPM ou
supervisor:
show processes memory
• Para ver a temperatura, ventiladores e
voltagens para o chassis e modulos:
show environment
Comutador/Switch
• As redes Ethernet baseadas em switches são
um pouco “mais seguras”:
– Teoricamente o tráfego só é enviado para a porta da
estação de destino
– Atenção:
• Os broadcasts são enviados para todas as portas
• Os multicasts são enviados ou para todas as portas ou para
as portas de estações que os subscrevam
– Multicast aware switches e suporte IGMP
• Frames para destinos desconhecidos são enviados para
todas as portas
• ARP spoofing: usar o endereço MAC de outra maquina
• MAC flooding: inundar a rede de endereços MAC falsos
prova a exaustão das tabelas dos switches obrigando todos
os frames a serem enviados para todas as portas