Gestão de Sistemas e Redes Comutação em Redes Locais

Gestão de Sistemas e Redes
Comutação em Redes Locais
Paulo Coelho 2005
Versão 1.0
1
Comutação em LANs
Sumário
Comutadores Store-and-Forward
Comutação de circuitos vs Datagramas
Bridges e segmentação de LANs
2
Redes Escaláveis
Comutador
Faz o forward dos pacotes da porta de entrada para a porta
de saída
Selecciona a porta baseando-se no endereço existente no
cabeçalho do pacote
T3
T3
STS-1
Portas
entrada
T3
T3
STS-1
Portas
saída
Comutador
Vantagens
Maior escalabilidade do que os meios partilhados (tolera
atrasos)
Suporta uma grande quantidade de nós (Largura de banda
escalável)
3
Source Routing
0 Switch 1
3
0
1
2 Switch 2
2
3 0 1
3
3
1
1
2
1 3 0
0
Host A
0 1 3
1
0 Switch 3
3
2
Host B
4
Comutação de Circuitos Virtuais
Estabelecimento de conexão (fase de ligação
e fim de conexão)
Os pacotes seguintes seguem pelo mesmo
circuito
Modelo orientado à conexão (Connection
oriented)
0 Switch 1
3
1
2
Analogia:
Chamada
telefónica
3
5
11
2 Switch 2
1
0
Host A
7
Cada
comutador
mantém uma
tabela de VCs
0 Switch 3
3
1
4
2
Host B
5
Comutação de Datagramas
Não existe fase de estabelecimento de conexão
Cada pacote é encaminhado independentemente
Modelo não orientado à conexão (connectionless)
Host D
Analogia: sistema
postal
Cada comutador
mantém uma
tabela de
encaminhamento
Host E
0 Switch 1
3
Host C
Host F
1
2 Switch 2
2
3
1
0
Host A
Host G
1
0 Switch 3 Host B
3
2
Host H
6
Modelo de Circuitos Virtuais
É necessário esperar o tempo de estabelecimento de
conexão (round trip time delay) antes de se poder
enviar o primeiro pacote de dados.
Enquanto o pedido de conexão contém o endereço
completo do nó de destino, cada pacote contém
apenas um identificador (VCI), fazendo com que o
overhead no cabeçalho dos pacotes seja pequeno.
Se um comutador ou link numa conexão falha, a
conexão é perdida sendo necesssário estabelecer
outra.
A fase de estabelecimento de conexão fornece uma
oportunidade para reservar recursos.
7
Modelo de Datagramas
Não existe atraso RTT para se poder estabelecer a
conexão; um host pode começar a enviar dados
assim que estiver pronto.
O host de origem não tem forma de saber se a rede
é capaz de distribuir o pacote.
Uma vez que os pacotes são encaminhados
independentemente, é possível contornar falhas que
ocorram em links ou nós.
Uma vez que cada pacote contém o endereço de
destino, o overhead por pacote é superior.
8
Comutação de pacotes
Modo datagrama – s/ ligação
Comutação de pacotes
Circuitos virtuais – c/ ligação
C. Virtuais
Entrega ordenada
Garantia de entrega
Vantagens
Datagramas
Flexibilidade
Robustez
É preciso enviar
sempre o end. de
origem (+ Overhead)
Desvantagens
9
Bridges e LANs Extendidas
As LANs têm limitações físicas (até 2500m)
Ligar duas ou mais LANs com uma bridge
Estratégia store and forward
Conexão no nível 2 (Não adiciona cabeçalho aos
pacotes)
A
B
C
Porta 1
Bridge
Porta 2
X
Y
Z
Comutador Ethernet = Bridge multi-porta
10
Bridges
Só fazem o forward quando necessário
Mantêm uma tabela de forwarding
A
B
C
Porta 1
Bridge
Porta 2
X
Y
Z
Host Porta
A 1
B 1
C 1
X 2
Y 2
Z 2
Aprendem as entradas na tabela baseado no endereço de origem
A Tabela é uma optimização; não necessita estar completa
Faz sempre o forward de tramas de broadcast
11
Segmentação de LANs
Porquê segmentação de LANs ?
Isola o tráfego entre segmentos.
Permite mais largura de banda por utilizador, criando dominios
de colisão menores
12
Segmentação de LANs com bridges
A segmentação permite ter menos utilizadores por segmento
As bridges armazenam e depois fazem o forward das tramas
baseado nos endereços de nível 2
Aumenta os atrasos na rede
13
Segmentação de LANs com routers
Mais fácil de gerir, maior funcionalidade, multiplos caminhos
activos
Dominios de colisão menores
Opera no nível 3 e 4
14
Segmentação com comutadores
Os comutadores eliminam o impacto das colisões através de
microsegmentação
Atrasos baixos e velocidades de comutação elevadas
15
Dois métodos de comutação
O comutador verifica o
endereço de destino e
começa a transmitir de
imediato
A trama é recebida
completamente e é
verificado o CRC antes de
ser feito o forward.
16
Algoritmo Spanning Tree
A
Problema: loops
B
B3
C
B5
D
B2
B7
E
K
F
B1
G
H
B6
B4
I
J
As Bridges executam um algoritmo de spanning tree
Selecciona quais as bridges que estão activas
desenvolvido por Radia Perlman
Especificação IEEE 802.1
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Visão geral sobre o Algoritmo
Cada bridge tem um ID único (B1, B2, B3,…)
Selecciona a bridge com o menor ID como root
Selecciona a bridge em cada LAN mais perto do root
como bridge designada (usa o ID para desempatar)
A
Cada bridge encaminha as
B
tramas através da LAN
B3
C
B5
para a qual é a bridge
D
B7
K
designada
B2
E
F
B1
G
H
B6
B4
I
J
18
Detalhes do Algoritmo
As Bridges trocam mensagens de
configuração
O id da bridge que envia a mensagem
O id do que a bridge que envia a mensagem
pensa ser o root
A distância (hops) desde a bridge que envia para
o root
Cada bridge guarda a “melhor” mensagem de
configuração para cada porta
Inicialmente, cada bridge pensa que é o root
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Detalhes do Algoritmo (cont)
Quando se apercebe que não é o root, pára de gerar
mensagens de config
Quando se apercebe que não é a bridge designada,
para de enviar mensagens de config
Num estado normal, apenas o root gera mensagens de
configuração
Num estado normal, apenas a bridge designada encaminha
mensagens de configuração
O Root continua periodicamente a enviar mensagens
de config
Se alguma bridge não receber mensagens de config
após um determinado período, começa a gerar
mensagens de config reclamando-se root
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Limitações das Bridges
Não são escaláveis
O algoritmo spanning tree não é escalável
Os broadcasts não são escaláveis
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Bibliografia de suporte
Larry Peterson - Computer Networks
Págs. 171 - 197 ; 235 - 241
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