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Tópicos Avançados de VLANs Configuração de Portas Trunk Balanceamento de Carga Protocolos Spanning-Tree PVST Rapid-PVST MSTTópicos Avançados de VLANs.

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CAMADA DE ENLACE Ethernet Introdução VLANs Protocolos Spanning-Tree PVST Rapid-PVST MST CAMADA DE ENLACE Ethernet Introdução VLANs Protocolos Spanning-Tree.

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2 Tópicos Avançados de VLANs Configuração de Portas Trunk Balanceamento de Carga Protocolos Spanning-Tree PVST Rapid-PVST MSTTópicos Avançados de VLANs Configuração de Portas Trunk Balanceamento de Carga Protocolos Spanning-Tree PVST Rapid-PVST MST

3 Cascateamento de Switches O cascateamento de switches na presença de VLANS motivou a elaboração dos seguintes padrões IEEE: –IEEE 802.1Q: define o funcionamento de VLANs Acrescenta dois campos no quadro: –Identificador de VLAN –Prioridade –IEEE 802.1p: define o uso do campo prioridade.

4 Quadros Ethernet MAC destino (6 bytes) MAC origem (6 bytes) Dados (46 a 1500 bytes) FCS (4 bytes) Ethernet I & II Tipo Proto. (2 bytes) MAC destino (6 bytes) MAC origem (6 bytes) Dados (46 a 1500 bytes) FCS (4 bytes) IEEE Tamanho (2 bytes) MAC destino (6 bytes) MAC origem (6 bytes) Dados (46 a 1500 bytes) FCS (4 bytes) IEEE 802.1Q Tipo Proto (2 bytes) VLAN id e prioridade (2 bytes) Tipo 802.1Q = 0x8100 Prioridade (3 bits) + CF (1bit) + VLANID (12 bits)

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

6 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.

7 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. DESTINOORIGEM CFIDadosCRC 6 Bytes Esses campos são removidos quando o quadro é enviado para uma interface do tipo access. TYPE 2 Bytes PRIO 3 Bits VLAN ID 1 Bit12 Bits PRIO: IEEE P CFI: Canonical Format Indicator 0 em redes Ethernet TYPE 2 Bytes 0x8100

8 Spanning Tree Protocol: STP Quando os switches colocados em cascata formam caminhos com loops fechados, o encaminhamento de quadros pode levar ao congestionamento da rede. O STP é um protocolo de camada 2 utilizado para prevenir a ocorrência desses loops.

9 Loops em Cascateamento de Switches AB C,DA,B CD Os switches criam tabelas de encaminhamento escutando os endereços MAC de origem enviado para suas portas.

10 Cascateamento de Switches AB C,D,E,F A,B CD EF A,B,C,D E,F

11 Cascateamento de Switches AB A,B,C,D,E,F CD EF

12 Princípio do STP O STP é executado em cada switch da rede Princípio: –Somente um caminho ativo pode existir entre 2 estações na rede –Bloquear as portas que impliquem em loops fechados. A estratégia consiste em escolher um switch como Root, e construir uma árvore como o menor caminho até o Root.

13 SPT O STP utiliza um protocolo chamado BPDU: –Bridge Protocol Data Unit –Mensagens em Multicast (MAC) DE: 0x0180C ATÉ: 0x0180C STP funciona continuamente, de maneira a refletir mudanças de topologia na rede. –Se SPT está ativo, os pacotes multicast são recebidos, mas não encaminhados. –Se SPT está desativo, os pacotes multicast são encaminhados como multicast desconhecido.

14 Topologia STP A B C D RP As portas na direção do root são chamadas porta Root As portas na direção oposta ao root são chamadas de designadas.

15 BPDU: Padrão IEEE 802.1D

16 Campos do BPDU Protocol Identifier: 0 (SPT) Version: 0 (ST) Message Type: 0 (Configuration) Flags: Topology change (TC), Topology change acknowledgment (TCA) Root ID: 2-Byte Prioridade + 6-Byte MAC da Bridge Root Path Cost: 4-Bytes custo da Bridge até o root. Bridge ID: 2-Byte Prioridade + 6-Byte MAC da Bridge (por VLAN) Port ID: 2 Bytes (usado para escolher a porta a ser bloqueada em caso de loop) Message Age: Tempo decorrido desde que a mensagem repassada foi enviada pelo Root Maximum Age: Idade a partir do qual a mensagem deve ser ignorada Hello Time: Intervalo entre mensagens da root bridge Forward Delay: Tempo que a bridge deve esperar antes de mudar de estado em caso de mudança de topologia.

17 Topologia STP Todas as portas são DP ROOT = Bridge com a menor Bridge ID (menor prioridade ou menor MAC) Porta Root é aquela que tem a menor distância até o Switch Root Esses caminhos foram bloqueados. Em caso de caminhos paralelos, a interface mais lenta é sempre bloqueada. Por default, a prioridade de todos os switches é

18 Mensagens BPDU Todos os switches são root inicialmente Todos os switches enviam mensagens BPDU em multicast para todas as suas interfaces. Se SPT está ativo, as mensagens recebidas não são propagadas pelo switch. Se a mensagem recebida por um switch é superior (menor bridge ID, custo) ele é armazenada, senão é ignorada. Se a mensagem superior for recebida pela porta root, ela é propagada para as demais portas DP, correspondendo as redes LAN onde o switch é designado.

19 Estados de uma Porta Apenas recebe BPDUS Recebe BPDUS Aprende Endereços Recebe BPDUS Aprende Endereços Encaminha Quadros Problema de conectividade timer

20 Configuração Default

21 Exemplo vlan vlan1 Fa0/18 Fa0/6-10Fa0/ vlan1 Fa0/1-5Fa0/6-10 Fa0/1-5Fa0/6-10 Fa0/24 Fa0/21 Fa0/24Fa0/23

22 Exemplo Verifique a configuração atual do SPT –show spanning-tree summary –show spanning-tree detail –show spanning-tree active –show spanning-tree interface interface-id –show spanning-tree blocked ports Identifique: –switch root –topologia da árvore formada

23 Exemplo O switch escolhido como root pode não ser o melhor switch da topologia. É possível alterar o switch root com o seguinte comando: –configure terminal spanning-tree vlan vlan-id root primary [diameter net- diameter [hello-time seconds]] end –show spanning-tree detail O diâmetro da spanning tree é o número máximo de switches entre dois terminais [2-7] O hello é o intervalo de envio de mensages de configuração pelo switch root (1 a 10s)

24 Exercício 1 B = vlan1 A = vlan1 vlan20 Fa0/18 Fa0/6-10Fa0/1-5 C = vlan1vlan20 Fa0/1-5Fa0/6-10 Fa0/1-5Fa0/6-10 Fa0/24 Fa0/21 Fa0/24Fa0/23

25 Exercício I Adição de portas as VLANs –configure terminal interface range Fa0/ –#switchport mode access –switchport access vlan 2 end Verificar configuração atual –show VLAN brief

26 Exercício I Verifique o efeito de desabilitar o protocolo SPT nos switches, desabilitando SPT para VLAN 20: –configure terminal no spanning-tree vlan vlan-id end. –show spanning-tree vlan vlan-id Para reabilitar o SPT utilize o comando: –spanning-tree vlan vlan-id

27 Aprimorando SPT É possível induzir o protocolo SPT a escolher portas e caminhos diferentes para cada conjunto de VLANs. Essa configuração é feita alterando-se o nível de prioridade (ou custo) associado as portas trunks.

28 Portas VLANS em Switches CISCO A Cisco define 6 modos de operação de portas para VLAN: switchport mode access Força a porta a operar em modo acesso switchport mode dynamic auto Permite que a interface entre em modo trunk switchport mode dynamic desirable Entra prioritariamente em modo trunk switchport mode trunk Força a porta a operar em modo trunk switchport nonegotiate Não negocia com a porta vizinha switchport mode dot1q-tunnel Força o encapsulamento em modo 802.1q

29 Negociação switch auto trunk desirable dynamic desirable switch Trunk nonegotiate Trunk switch Access nonegotiate Host

30 Modos de Encapsulamento A cisco possui um modo de encapsulamento trunk proprietário denominado ISL. As seguintes opções de encapsulamento estão disponíveis para o switch cisco: –switchport trunk encapsulation isl –switchport trunk encapsulation dot1q –switchport trunk encapsulation negotiate isl é o modo preferido

31 Configuração Default switchport mode dynamic auto –Negocia se a porta será trunk ou não com o vizinho switchport trunk encapsulation negotiate –Negocia o modo de encapsulamento (dot1q) ou (isl) com o vizinho Range de VLANs –1 até 4094 (1006 a 4004 são extendidas) VLAN default em modo acesso –1

32 Exemplo de Comandos configure terminal –interface rage Fa0/ switchport mode dynamic desirable switchport access vlan 1 #switchport trunk encapsulation dot1q end

33 Mapeamento de VLANs em portas trunk Por default, cada porta trunk pode ser utilizada por todos as VLANs do switch. Todavia, no caso de haver caminhos redundantes, é possível restringir o uso das VLANs para portas trunks específicas. Isso permite efetuar balaceamento de carga, mas sem failback.

34 Exercício 2 B = vlan1 A = vlan1 vlan20 Fa0/18 Fa0/6-10Fa0/1-5 C = vlan1vlan20 Fa0/1-5Fa0/6-10 Fa0/1-5Fa0/6-10 Fa0/24 Fa0/21 Fa0/24Fa0/23 Vlan1 somente Vlan20 somente

35 Portas Trunk Verifique a configuração atual dos switches –show interfaces trunk –show spanning-tree blocked ports

36 Comandos para Mapeamento da VLANs configure terminal –interface Fa0/18 (A) ou Fa0/24 (B) switchport trunk allowed vlan remove all switchport trunk allowed vlan add 1 end –interface Fa0/21 (A) ou Fa0/24 (C) switchport trunk allowed vlan remove all switchport trunk allowed vlan add 20 end

37 Portas SPAN A fim de verificar para qual porta trunk o tráfego das VLANs está sendo encaminhado é necessário utilizar portas SPAN. As portas SPAN fazem uma cópia da porta trunk para outra porta do switch, permitindo que o tráfego seja monitorado com o Ethereal. As portas SPAN são configuradas em sessões. Cada sessão representa uma regra de cópia de uma porta de origem para uma porta de destino.

38 Comando para Portas SPAN configure terminal –no monitor session 1 –monitor session 1 source interface Fa0/18 monitor session 1 destination interface Fa0/5 encapsulation replicate end show monitor

39 Exercício 3 Configure as portas SPANs nos switches para verificar o fluxo do tráfego trunk: e –Fa0/23: cópia da Fa0/1 –Fa0/24: cópia da Fa0/ –Fa0/18: cópia da Fa0/1 –Fa0/21: cópia da Fa0/2

40 Native VLAN Uma porta trunk está sujeita a dois tipos de tráfego: –Tráfego com TAG: resultantes do tráfego de VLANs de um switch para outro –Tráfego sem TAGs: utilizados normalmente por protocolos intra-switch, como o protocolo de configuração de portas trunk O tráfego sem TAGs é associado a Native VLAN da porta trunk. –Por default, a native VLAN das portas trunk é VLAN 1

41 Native VLAN A fim de haver negociação entre entre portas trunk é necessário que elas pertençam a mesma VLAN –O tráfego direcionado de uma VLAN para a porta Trunk não receberá o cabeçalho de VLAN, se seu código coincidir com a Native VLAN do switch vlan1vlan vlan1vlan Native VLAN 1 Tráfego sem TAGTráfego com TAG

42 Configuração da Native VLAN configure terminal –interface interface-id switchport trunk native vlan vlan-id end show interfaces interfaceid switchport

43 Balanceamento de Carga com Prioridade de Portas O mapeamento estático de VLANs para portas trunk não permite a reorganização automática do fluxo de dados quando uma enlace trunk é danificado. A alternativa mais adequada é priorizar a utilização de certas VLANs em certas portas, ao invés de bloquear sua utilização. –Por default, a prioridade de utilização de VLANs em portas trunk é 128.

44 Exercício 4 B = vlan1 A = vlan1 vlan20 Fa0/18 Fa0/6-10Fa0/1-5 C = vlan1vlan20 Fa0/1-5Fa0/6-10 Fa0/1-5Fa0/6-10 Fa0/24 Fa0/21 Fa0/24Fa0/23 Vlan1 prio 16 Vlan 20 prio 128 Vlan1 prio 128 Vlan 20 prio 16

45 Balanceamento de Carga Aumentar a prioridade para 16: –VLAN 1 no trunk A – B –VLAN20 no trunk A - C Verificar o balanceamento de carga com show spanning-tree detail Provocar a falha no trunk e verificar o fail-over

46 Comandos configure terminal –interface Fa0/18 (A) ou Fa0/24 (B) spanning-tree vlan 1 port-priority 16 spanning-tree vlan 20 port-priority 128 exit –interface Fa0/21 (A) ou Fa0/24 (C) spanning-tree vlan 20 port-priority 16 spanning-tree vlan 1 port-priority 128 end show running-config

47 Balanceamento de Carga com STP Path Cost Por default, o custo dos caminhos trunk está associado a velocidade das portas do switch. –Porta Ethernet: 100 –Porta Fast-Ethernet: 19 –Porta Giga-BitEthernet: 4 Em caso de haver trunks redundantes para o mesmo caminho, o STP irá selecionar com caminho com o menor custo (i.e., maior velocidade). –Por default, o valor do custo é o mesmo para todas as VLANs, mas pode ser alterado para prover balanceamento de carga. –O custo é acumulativo quando switches são cascateados

48 Exercício 5 B = vlan1 A = vlan1 vlan20 Fa0/18 Fa0/6-10Fa0/1-5 C = vlan1vlan20 Fa0/1-5Fa0/6-10 Fa0/1-5Fa0/6-10 Fa0/24 Fa0/21 Fa0/24Fa0/23 Vlan1 path 19 Vlan 20 path 30 Vlan1 path 30 Vlan 20 prio 19

49 Comandos Exemplo: –configure terminal interface Fa0/18 (A) ou Fa0/24 (B) –spanning-tree vlan 20 cost 30 –end –configure terminal interface Fa0/21 ou Fa0/24 (C) –spanning-tree vlan 1 cost 30 –end

50 Modos e Protocolos de Spanning Tree PVST+: –Protocolo da cisco baseado no IEEE 802.1d –Usa um algoritmo de SPT por VLAN Rapid PVST+: (RSTP) –Convergência rápida baseada no IEEE 802.1w –Apaga imediatamente as entradas MAC após uma mudança de topologia, ao invés de aguardar o aging-time de 5 minutos. MSTP: –Baseado no padrão IEEE 802.1s –Permite mapear múltiplas VLANs em uma única instância de SPT. –Executado sobre o RSTP (IEEE 802.1w) (uso obrigatório)

51 Limitações PVST+ e RSTP: –128 instâncias de SPT (i.e., 128 VLANs) MSTP: –65 MST instâncias –Número ilimitado de VLANs por MST.

52 Configuração Default STP mode: PVST+ Switch Priority: Port Priority: 128 Port Cost: 4 (1G), 19 (100M), 100 (10M) Timers: –Hello: 2s (gerado pelo root para indicar que está funcionando) –Forward-delay: 15s, –Maximum-age: 20 seconds (tempo que o switch aguarda sem receber PDUs antes de tentar uma re-configuração) –Transmit Hold Count: 6 BPDUs (n. PDUs por 1s de pausa – evita uso excessivo de CPU)

53 Exercício 6 Compare o desempenho dos protocolos de spanning- tree PVST e Rapid-PVST no caso de reconfiguração de caminhos. Para o teste matenha um ping permanente entre dois computadores situados na mesma VLANs em switches diferentes. –Remova o cabo de entroncamento da porta do trunk que não estiver bloqueada e conte o número de pings perdidos.

54 Exercício 6 B = vlan1 A = vlan1 vlan20 Fa0/18 Fa0/6-10Fa0/1-5 C = vlan1vlan20 Fa0/1-5Fa0/6-10 Fa0/1-5Fa0/6-10 Fa0/24 Fa0/21 Fa0/24Fa0/23 Vlan1 somente Vlan20 somente

55 Comandos Cenário 1: spanning-tree normal –configure terminal –spanning-tree mode pvst –end –show spanning–tree summary Cenário 2: rapid-spanning tree –configure terminal –spanning-tree mode rapid-pvst –end –show spanning–tree summary

56 Funcionamento do STP com Stack Switch Root Todas as portas DP Porta Bloqueada Porta na Direção do root Apenas uma porta no stack é escolhida como root. Todos os switches tem o mesmo id

57 MSTP – Multiple Spanning-Tree Protocol MSTP: IEEE 802.1s –Melhora a tolerância a falhas –Múltiplos forwarding paths –Permite balanceamento de carga –Mais escalabilidade que o PVST

58 Problema do PVST PSVT permite balanceamento de carga, escolhendo trunks diferentes para diferentes VLANs. –D1: root para Vlans 501 a 1000 e D2: root para Vlans Problema: 1000 instâncias de PSVT com uma topologia de apenas 2 caminhos alternativos. –Alto consumo de CPU nos switches e pouca escalabilidade.

59 Padrão 802.1q Define apenas uma instância de ST para todas as VLANs: CST (Common Spanning Tree) Não permite balanceamento de carga. OBS. PVST não é padrão IEEE 802.1q

60 Padrão IEEE 802.1s (MST) Permite agrupar VLANs em instâncias de SPT. –Intancia 1: VLANs 1 a 500 –Instancia 2: VLANs 501 a 1000 –Cada instância pode ter um caminho diferente. –Apenas duas instâncias de SPT para 2 alternativas de topologia.

61 Regiões MST A fim de prover maior escalabiliade, o padrão MST define que uma rede pode ser organizada em regiões –Cada região pode possuir múltiplas instâncias, sendo 1 instância IST (Internal Spanning Tree) – Instância 0 –Transmite BPDUs 1 ou mais instâncias MST –Transmite MSTP BDUs MST Region 1 MST Region 2 MST Region 3 IST Master

62 Região MST Switches pertencem a mesma região MST se: –Tiverem o mesmo nome de região –Tiverem a mesma versão –Tiverem o mesmo mapeamento de instâncias para VLAN

63 Exercício 6 B = vlan1 A = vlan1 vlan20 Fa0/18 Fa0/6-10Fa0/1-5 C = vlan1vlan20 Fa0/1-5Fa0/6-10 Fa0/1-5Fa0/6-10 Fa0/24 Fa0/21 Fa0/24Fa0/23 Instance 1 Vlan 1 e 10 Instance 2 Vlan 2 e 20 Instance 1 prio 16 Instance 2 prio 128 Instance 2 prio 16 Instance 1 prio 128

64 Comandos – Todos os Switches configure terminal –spanning-tree mst configuration instance 1 vlan 1 Instance 1 vlan 10 instance 2 vlan 2 Instance 2 vlan 20 name region1 revision 1 show pending spanning-tree mode mst end

65 Configuração de Port Priority 2950 configure terminal –interface Fa0/18 (A) ou Fa0/24 (B) spanning-tree mst 1 port-priority 16 spanning-tree mst 2 port-priority 128 exit –interface Fa0/21 (A) ou Fa0/24 (C) spanning-tree mst 1 port-priority 128 spanning-tree mst 2 port-priority 16 end show spanning-tree mst 1 show spanning-tree mst 2

66 Configuração Path Cost configure terminal –interface interface-id spanning-tree mst instance-id cost cost end show spanning-tree mst instance-id

67 Escolhendo o Swith Root para uma instância configure terminal –spanning-tree mst instance-id priority priority –end show spanning-tree mst instance-id

68 OBS. VTP A cisco utiliza um protocolo denominado VTP para manter a consistência de configuração entre os switches. Utilizando o protocolo VPT é possível fazer a configuração de VLANs em um único switch, e repassar essa configuração para os demais switches que pertençam a um mesmo domínio administrativo.

69 Entidades VTP VTP Server –Recebe novas configurações e repassa para os demais switches do domíno VTP Client –Apenas recebe configurações do server. Não pode ser configurado diretamente. VTP Transparent –Recebe configurações e pode ser alterado diretamente. Todavia, as alterações feitas num switch em modo transparent não são repassadas aos demais.

70 Configuração Default

71 Alterando a Configuração configure terminal –vtp mode server –vtp domain domain-name –vtp password password –end show vtp status


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