Modulo 3: Switching y Redes LAN

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Índice 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Métodos de Acceso Formato de Frame Genérico Topologías Tecnología Ethernet 802.x STP. Spanning Tree Protocol VLANs. Virtual LANs VTP. Virtual Trunk Protocol

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Métodos de Acceso

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3

METODOS DE ACCESO • Contención – Ethernet 802.3. (CSMA/CD)

• Token Passing – 802.4, 802.5 y FDDI

• Polling – 100VGAnyLan

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Métodos de Acceso CSMA/CD – – –

Carrier Sense Multiple Access Collision Detection

1. 2. 3.

Si el medio está libre hablo. Si está ocupado hasta que esté libre Si hay colisión espero tiempo aleatorio y reintento(Algoritmo Backoff)

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Métodos de Acceso (cont) TOKEN PASSING –

Uso de Token

1. 2. 3.

Espero que me llegue el token para hablar. Envio un paquete y entrego el token Para enviar otro paquete debo esperar el token.

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Formato Frame Genérico

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Formato Frame Genérico

Destination Address

Source Address

Type Length

I

n

f

o

CRC

• Destination & Source Address. Direccionamiento de los dispositivos que se comunicarán. • Type / Length. Tipo de protocolo que se encapsula o largo total del paquete • CRC. Cyclical Redundancy Check

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Topologías de Red

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Topologías de Red

BUS ANILLO

ESTRELLA ÁRBOL

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Tecnología Ethernet 802.x

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ETHERNET • Tecnología basada en el sistema Aloha utilizado para interconectar dispositivos dentro de una misma LAN

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Comparación con Modelo OSI

LLC Data Sublayer

Link Layer

Logical Link Control IEEE 802.5

MAC Sublayer

Ethernet Ethernet Physical Layer

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802.3

Token Passing Bus 802.4

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Token Ring

Fast Ethernet

FDDI

802.5

802.u

802.u

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Logical Link Control IEEE 802.2

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Características • La IEEE decidió dividir en 2 la capa de Enlace: • MAC: Medium Access Control • LLC: Logical Link Control

• Se proponen 3 tipos operación – Clase I : No Orientado a la Conexión – Clase II : Orientado a la Conexión – Clase III : No Orientado a la Conexión con Acknowledge

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Direccionamiento

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Direccionamiento (cont)

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Problemas • Los DSAP y SSAP son muy pequeños (solo hay 6 bits disponibles) • Ni siquiera IP alcanzó a obtener una dirección SSAP-DSAP

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Ethernet IEEE 802.3

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Características • • • • • • • • • •

Desarrollado por DEC, Intel y Xerox Fue estandarizado en IEEE 802.3 Utiliza CSMA/CD Codificación Manchester Medio físico compartido Transmisión asíncrona Cada nodo es Tx y RX Cada nodo tiene su reloj Tamaño de frame mínimo y máximo Distancia máxima (en un dominio de colisión)

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CSMA/CD • Carrier Sense Multiple Access Collision Detection • Evolución – – – –

Aloha Puro Slotted Aloha CSMA (Carrier Sense Multiple Access) CSMA/CD (Collision Detection)

• Funcionamiento 1. Escucha si el medio esta siendo utilizado por algún sistema. 2. Espera a que el medio esté libre 3. Si hay colisión espero tiempo aleatorio y reintento (Algoritmo Backoff)

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Diagrama de Flujo CSMA/CD

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Direccionamiento Ethernet • Los host poseen una dirección de interfaz de red única de 48 bit (12 digitos Hexadecimales) • Primero 3 octetos representan al vendor y los restantes a la interfaz de red • Tipos de Direcciones: – Unicast (08:0:20:77:dc:7b) – Broadcast (FF:FF:FF:FF:FF:FF) – Multicast (01:00:5E:xx:xx:xx)

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Frame Ethernet y IEEE 802.3 Frame Ethernet 8 Preamble

IP

6 Destination Address

6

IPX Apple Talk

2

4

Source Type Address

Frame IEEE 802.3

IP

8

6

Preamble

Destination Address

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6

I n f o

CRC

IPX Apple Talk

2

Source Length LLC Address

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4 I n f o

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CRC

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Descripción de Campos del Frame • Preamble – Compuesto de unos y ceros es usado para la sincronización y determinar cuando un frame comienza.

• Destination address – Dirección Ethernet del host destino.

• Source address – Dirección Ethernet del host origen.

• Type – Describe el tipo de datos que se está encapsulando (como IP, ICMP, ARP, o RARP).

• Data – Información que envia la aplicación.

•

CRC – Se usa para la detección de errores.

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Frame IEEE 802.3 con IEEE 802.2

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Distancia Máxima v/s Frame mínimo

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Inter Frame Gap IFG: Tiempo mínimo que debe esperar antes un host antes de enviar un nuevo frame. IFG=96 bit 9,6 s @10Mbps 960ns @100Mbps 96ns @1000Mbps

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Ethernet Stardards 10Base2: 10 Mbps cable coaxial RG 58 10Base5: 10 Mbps cable coaxial RG 8 10Broad36: 10 Mbps broadband cable 1Base5: 1 Mbps sobre 2 pares de UTP 10BaseT: 10 Mbps sobre 2 pares de UTP 10BaseFL: 10 Mbps fibra punto a punto 10BaseFB: 10 Mbps fibra backbone 10BaseFP: 10 Mbps fibra passive star 100BaseT4: 100 Mbps sobre 4 pares de CAT 3, 4 o 5 100BaseTX: 100 Mbps sobre 2 pares de CAT-5 UTP 100BaseFX: 100 Mbps CSMA/CD sobre 2 fibras 1000BaseSX 1000 Mbps sobre 2 fibras 1000BaseLX 1000 Mbps sobre 2 fibras

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FastEthernet IEEE 802.3u

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Características • Funciona a 100 Mbps • Usa los mismos frames que Ethernet • Funciona en un medio compartido (half duplex) con CSMA/CD o bien Full Duplex. • Utiliza 2 pares de UTP CAT 5 • Posee un mecanismo de autonegociacion de velocidad • Utiliza fibra o cobre • Aun en fibra la distancia está limitada a 412mt • Existen 2 tipos de repeaters: Tipo I (lento) y Tipo II (más rápido). • Solamente se permiten 2 repeaters.

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Modelo de Capas

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GigaEthernet IEEE 802.3z

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Características • Extensión de Ethernet que permite una tasa de transferencia de 1000 Mbps • Compatible con Fast Ethernet e Ethernet • Puede funcionar Full Duplex o con CSMA/CD • Funciona sobre fibra o cobre

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Modelo de Capas

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Frame

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Transmisión

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Evolución de una Red Ethernet

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Condición Inicial

10MBps Ethernet Servidor de Archivos

Computadores

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Cambio a Hub y UTP

10MBps Ethernet

Servidor de Archivos

Computadores

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Cambio a Switch 10MBps Ethernet

Switch

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Cambio a FastEthernet 100 MBps Fast Ethernet

100 MB F-Ethernet

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100 MB F-Ethernet

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Cambio a GigaEthernet 1000 MBps Giga Ethernet

Granja de Servidores

100 MBps Fast Ethernet 10MBps Ethernet

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Cambio a 10GigaEthernet 10Gbps 10Giga Ethernet

Granja de Servidores

1/10Gbps GigaEthernet 1000/100/10Mbps Ethernet

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Spanning Tree Protocol

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Descripción • Spanning Tree Protocol – STP – – – –

Protocolo que previene loops de capa 2. Se implementa por interfaz. Se crea un árbol identificando un nodo raíz. Es implementado tanto en switch como en bridges.

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Estados de las Interfaces ESTADO

Reenvia Frames

Aprende MAC

Tipo de Estado

Blocking

NO

NO

Estable

Listerning

NO

NO

Transitorio

Learning

NO

SI

Transitorio

Forwarding

SI

SI

Estable

• Listening y learning son estados transitorios cuando cambia de root el árbol. • En el estado learning las direcciones MAC pueden ser aprendidas basadas en frames entrantes.

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Tiempos entre estados • Tiempos entre estados. – Max-Age

:

6 a 20 seg. (20 seg)

• Blocking Listening • Lifetime de una BPDU

– Forward Delay:

4 a 30 sec. (15 seg.)

• Listening  Learning • Learning  Forwarding

– Hello Interval :

2 sec, min 1 sec

• intervalo de transmición de BPDUs desde el root).

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Operación • Todas las interfaces del árbol están en modo forwarding • Cada bridge que no es root considera una de sus puertas para tener menor distancia administrativa entre el mismo y el bridge root. Esta interfaz llamada puerta de bridge root es puesta en estado forwarding. • Existen los mensajes BPDU (Bridge Protocol Data Unit) que se utilizan para controlar el protocolo

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Operación

2

• Los bridges intercambian el Bridge ID (MAC) y eligen al root (MAC menor). Todas las interfaces están inicialmente en estado forwarding • Cada bridge recibe BPDU desde el root. La puerta por la cual recibe el BPDU con menor costo es llamado la puerta al bridge root, esta puerta es puesta en estado forwarding. • Las otras interfaces son puestas en estado blocking. • El root envía BPDU cada “Hello time” segundos. Los otros bridges escuchan los BPDU y saben que nada ha cambiado. El Hello time es definido por el BPDU. • Si el bridge no recibe el BPDU por un tiempo determinado es causa que el spanning tree ha cambiado y se debe elegir otro root. • Algunas interfaces cambian a forwarding desde blocking o viceversa. • Pueden ocurrir loops temporales dentro de los cambios. EL64E: Redes de Computadores

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50

Operación 3

LISTERNING

LEARNING

BLOCKING

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FORWARDING

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Diagrama de Funcionamiento

Mensajes a intervalos regulares : 1 4 seg

1

Bridge 1

BPDU

Bridge 2

BPDU Bridge ID Priority field MAC-layer address Port ID Root Bridge Path Costs

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Bridge 3

BPDU

BPDU

Bridge 4

Bridge 5

BPDU

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Diagrama de Funcionamiento

2

ROOT Priority =1 Bridge 1

Costo =10

Costo =100

Bridge 2

Costo =10 BPDU Bridge ID Priority field MAC-layer address Port ID Root Bridge Path Costs

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Bridge 3 Cost Path 210

Cost Path 200

Costo =100 Bridge 4

Costo =100

Costo =100 Costo =100 Bridge 5

Costo =100 BLOCKING

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Variaciones de STP • CST : Common STP (802.1Q) • PVSP : STP por VLANs. (ISL) • PVST+ : Propietario de Cisco que permite pasar información CST hacia PVST.

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VLAN: Virtual LAN

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VLAN

VLAN1

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VLAN2 VLAN3

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VLAN4

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Independiente de la Topología y Tecnología usada VLAN 10 VLAN 10 Cat2820a

Cat2900a

Cat2820b

Cat2900b

VLAN 20

Cat2900c

Cat2820c

Cat2820d

ISL

802.1q

Cat2900d

VLAN 30 Cat5500

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Configuración en Equipos

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Comunicación entre VLAN

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VTP: Virtual Trunk Protocol

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Trunking • Tecnología que permiten identificar tráfico de diferentes VLANs – – – –

Inter-Switch Link (ISL). IEEE 802.1Q LAN Emulation (LANE) 802.10

• Una troncal es una conexión punto a punto entre dos Switches que permite transportar tráfico de diferentes VLANs.

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IEEE 802.1Q MAC Address

2 Bytes TPID 2 Bytes TCI

New CRC

Type/Data

• TPID: (Tag Protocol Identifier) 0x8100 indica 802.1q/802.1p • TCI : Tag Control Information – 3 bits Prioridad del usuario. – 1 bit canonical format (CFI Indicator). – 12 bit VLAN ID (4096 VLANs).

• Al usar 802.1Q los frames Ethernet exceden los 1518 bytes originales, (1518 + 4 tag 802.1q = 1522 bytes). • Standar adoptado por la industria. • Medio Ethernet

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ISL - Inter-Swicth Link Protocol

ISL header 26 Bytes

Frame Ethernet

4 Bytes CRC

• Header ISL contiene 10 bits de VLAN ID. (1024 VLANs). • Encapsulación • Propietario de Cisco • Medio Ethernet

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Frame IEEE 802.1Q 6 Frame 802.1q

Destination Address

2

4

6 Source Address

TAG

4 I n f o

Type

16

3 1

12

TPID

PRI CFI

VID

26 Frame ISL

4

ISL Header 40 DA

4 4 TYPEUSER

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48 SA

CRC

Frame Ethernet 16

24

24

LEN

SNAP

HSA

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15 1 16 VLAN

B D P U

CRC 16

INDEX RES

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802.10 • • • •

VLANs sobre Backbones FDDI. Propietario de Cisco. Transporta VLAN dentro de frames 802.10 FDDI. SAID Security Association Identifier

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Dynamic Trunk Protocol (DTP) • Protocolo que negocia automáticamente el tipo de troncal. • Modos. – – – – –

On Off Desirable Auto Nonegotiate

• DTP es un protocolo punto a punto. • Durante la negociación de la troncal el puerto no participa en el STP.

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Vlan Trunk Protocol - VTP • Protocolo Propietario de Cisco. • Maneja la consistencia de las VLANs a traves de la red de Swicthes. • VTP Domain. • Modos de Operación VTP. – Server: Capacidades de crear, modificar y borrar VLANs; configurar VTP domain, VTP version, VTP pruning y otros parametros. Es el modo por defecto. – Client: Recive la información desde los VTP Servers. – Transparent: No participa en VTP. Forward VTP advertisements, pero no sincroniza sus VLANs con los VTP advertisements de los otros switches. • VTP Prunning.

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Modos de Operación • Server. – Capacidades de crear, modificar y borrar VLANs. – Configurar VTP domain, VTP version, VTP pruning y otros parametros. Es el modo por defecto.

• Client – Recive la información desde los VTP Servers.

• Transparent – No participa en VTP. – Reenvia los VTP advertisements, pero no sincroniza sus VLANs con los VTP advertisements de los otros swicthes.

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VTP: Operación • VTP opera a través de mensajes (multicast) enviados a una MAC particular. Note que los avisos VTP sólo viajan por las puertas de trunk. • Se asigna un dominio VTP, para ello se asigna un nombre de dominio a cada switch. La información VTP viaja sólo dentro de este dominio. • Para ello deben cumplirse las siguientes condiciones: – El switch en un dominio debe estar asigando al dominio VTP – Los switches deben ser adyacentes. – Trunking debe estar habilitado entre todos los switches.

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VTP: Operación Se crea VLAN 5 en el switch B, esto es propagado Se crean VLAN 2VLAN y3 a los otros switchs. 4 en en el switch ambos B domios

Dominio ASIA no la aprende

Todos en el mismo Dominio dominio ASIA Dominio EUROPE Si se limpia la VLAN 4 en el switch D, esto se refleja en el E y F, pero nunca se aprende en el switch A, B y C. EL64E: Redes de Computadores

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Fast EtherChannel FEC • • • • • • •

Permite agrupar puertas Fastethernet. Link paralelos tratados como un único Link. Un STP. Redundancia. Compartir tráfico. PAgP (Port Aggregation Protocol). Ahorro de costos ya que no es necesario aumentar en 10x con altos precios

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Link Aggegation Protocol • Link aggregation está estandarizado bajo IEEE 802.1AX-2008

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Preguntas

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