Hubs e Switches 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

Sumário Redes locais Sem uso de concentradores Hubs Bridges Switches Características Bridges Switches

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

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”.

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.

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

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

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

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

Hubs

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

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)

HUBs - Cascateamento

HUBs - Cascateamento

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

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, criando mais 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

Bridges 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 00:18:FE - Hewlett-Packard Company Ferramenta: http://www.wireshark.org/tools/oui-lookup.html

Bridges Funcionamento

Bridges Segmentação de domínio de colisão

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.

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.

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

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

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. Mais comum!

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

Switches

Switches

Switches

Switches

Switches

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.

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

Características Switch Dell S4820T (10G) 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 Switch Dell S4820T (10G)

Auto MDI/MDI-X 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

Autonegociação (NWay) 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)

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.

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)

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!

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.

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)

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