Post on 14-Mar-2020
Camada de Enlace
Familia IEEE 802
ETHERNET, VLANs e STP
Edgard Jamhour
Ed
ga
rd J
am
ho
ur
DEFINIÇÃO DE TECNOLOGIAS
Camada de
Enlace de Dados
Camada
Física
Camada de
Rede
Camada de
Transporte
Camada de
Aplicação
Interface de
Rede
Sistema
Operacional
AplicaçãoInternet Engineering Task
Force
Institute of Electrical and
Electronics Engineers
TODA A PILHA IPv4,
IPv6 e 6LowPAN
PRINCIPAIS TECNOLOGIAS PARA LAN,
WPAN, WLAN e WMAN
Ed
ga
rd J
am
ho
ur
FAMÍLIA IEEE 802: LAN/MAN
Camada de
Enlace de
Dados
Camada
Física
Camada de
Rede
Camada de
Transporte
Camada de
Aplicação
Subcamada
MAC
Subcamada
LLCE
thern
et
DIX
IEE
E 8
02.3
(Eth
ern
et)
IEE
E 8
02
.3u
(Fast
Eth
ern
et)
IEE
E 8
02.3
z
(Gig
ab
it
Eth
ern
et)
IEE
E 8
02.3
ab
(Gib
ab
itco
m C
ob
re)
IEEE 802.2 (LLC)
IEE
E 8
02.5
(Token R
ing
)
IEE
E 8
02.1
1
(WL
AN
)
IEE
E 8
02.1
5
(WP
AN
)
IEE
E 8
02.1
6
(WM
AN
)
LLC = Link Logical Control
MAC = Medium Access Control
LAN (CABO) WIRELESS
Ed
ga
rd J
am
ho
ur
QUADROS ETHERNET: LLC E DIX
MAC
destino
MAC
origemTipo Dados FCS
6 bytes 6 bytes 2 bytes 46 até 1500 bytes 4 bytes
MAC
destino
MAC
origemTamanho Dados FCS
6 bytes 6 bytes 2 bytes 43 até 1497 bytes 4 bytes
DIX = USADO COM IP (TIPO 0x800)
LCC = USADO POR PROTOCOLOS QUE NÃO TEM AS CAMADAS IP E SUPERIORES
DSAP SSAP Control
3 bytes
LLCSAP: Service Access Point
Funciona de forma similar as
portas TCP e UDP
TIPO DE QUADRO
Tipos usam valores sempre
superiores a 1500 bytes
e.g. 0x800 = 2048
Ed
ga
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am
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ur
EVOLUÇÃO DO ETHERNET: IEEE 802.3
from
www.eletronicdesign.com
Ed
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am
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EVOLUÇÃO DO ETHERNET: IEEE 802.3
PADRÃO ANO CARACTERISTICAS
ETHERNET I 1980 10Mbps, QUADRO DIX v1
ETHERNET II 1982 10Mbps, QUADRO DIX v2
IEEE 802.3 1983 10Mbps, 10BASE5 (COAXIAL)
IEEE 802.3i 1990 10Mbps, 10BASE-T (PAR TRANÇADO)
IEEE 802.3u 1995 100Mbps,100BASE-TX, 100BASE-T4, 100BASE-FX
IEEE 802.3x 1997 Full Duplex, Full Control, Formato DIXv2
IEEE 802.3z 1998 1Gbps, 1000BASE-X
IEEE 802.3ab 1999 1Gbps, 1000BASE-T
IEEE 802.3ac 1998 VLAN (802.1Q) e Prioridade
IEEE 802.3af 2003 Power Over Ethernet
IEEE 802.3an 2006 10Gpbs, 10GBASE-T
IEEE 802.3bm 2015 100G/40G Ethernet for optical fiber
Ed
ga
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SIGLAS PARA TIPOS DE CABO
• BASE: somente sinais Ethernet pelo cabo
– Sinais multiplexados = BROADBAND
• T4: quatro pares de telefone trançados
• TX: usa dois pares dos 4 disponíveis
– UTP (Unshield Twisted Pair) CAT5 (de 2.5 até 100 metros)
– Conectores RJ45
• FX: cabo de fibra com dois pares (até 2 Kilometros)
100BaseTX
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ANSI/TIA/EIA-568-A
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PADRÕES IEEE 802.11 (WLAN)
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BANDA LIVRE (ISM)
• Bandas que podem ser usadas livremente, mas com limite de
potência
– ISM: Industrial, Scientific and Medical
– Existem no mundo todo, mas com algumas pequenas diferenças
BANDA FREQUENCIA USO
RADIO FM 88-108 MHz Frequência licenciada
ISM 900MHz 902-928MHz, Largura: 26MHz IoT: Zigbee, IEEE 802.15.4
3G 1885-2200MHz Frequência licenciada
4G 1700-2100MHz Frequência licenciada
ISM 2.4GHz 2.4-2.5GHz, Largura: 100MHz WiFi, Bluetooth, Teclados sem fio
ISM 5GHz 5.725-5.875GHz, Largura: 150MHz WiFi
ISM 60GHz 61-61.5GHz, Largura: 500MHz Futura geração de Wifi
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DIVISÃO EM CANAIS: WIFI
Ed
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PA
DR
ÕE
SIE
EE
PA
RA
WP
AN
Reuso de
frequencias da TV
analógica
iBurst
Ed
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802.11 (WIFI) VS 802.15.4 (LOW POWER)
Tecnologias para
IoT usam canais
de banda estreita.
Isso limita a taxa
de transmissão
(e.g. 250Kbit/s)
Contudo, a
transmissão
consome menos
potência, e a
recepção é
menos sensível a
ruídos.
Ed
ga
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ur
IEEE 802.15.4g
(WISUN)
IEEE 802.15.4e
UDP
6LowPAN
PILHA 6LOWPAN
• A pilha 6LowPAN foi desenvolvida para adaptar o IPv6 as
características de comunicação mais restritas dos rádios
IEEE 802.15.4
Camada de
Enlace de Dados
Camada
Física
Camada de
Rede
Camada de
Transporte
Camada de
AplicaçãoCOAP
IEEE 802.11
TCP
IPv6
HTTP
IoT Desktop
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WISUN ALLIANCE (IOT)
Ed
ga
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INTERFACES PARA IOT QUE NÃO SÃO IEEE
SIGFOX LORA NB-IOT
Propriedade Patente
(futuro padrão ETSI)
Patente Padrão 3GPP
(2016)
Frequência ISM
(915MHz US)
ISM (915MHz
US)
Licenciada
(coexiste com
GSM e LTE)
Banda 100Hz (ultra-estreita)
400 canais
125KHz e
250KHz
200KHz
Taxa 100bps 300bps e
50Kbps
200Kbps
Payload 12bytes 243bytes 1600bytes
Alcance 10Km (urbano),
40Km (rural)
5Km (urbano),
20Km (rural)
1Km (urbano),
10Km (rural)
Ed
ga
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am
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EVOLUÇÃO DA TECNOLOGIA CELULAR
2G
3G
4G
5G5G
GSM
GPRS
W-CDMAHSPA
LTE
LTE
Advanced
CDMA
-2000
EDGE
CDMA
-One
TDMA
Família
3GPP
Trabalha apenas com voz
(comutado por circuito)
Dados (comutação por pacotes)
foram introduzidos pelo GPRS
Suporte a voz e dados
Tecnologia dominante
Wideband CDMA
Integração com IP, e core
baseado em pacotes
Uso de MIMO e OFDM
Uso massivo de MIMO,
Pequenas Células,
Integração de redes IP
cabeadas em sem fio
Wi-Max
Ed
ga
rd J
am
ho
ur
INTERFACES PARA IOT QUE NÃO SÃO IEEE
2G 3G 4G 5G
Frequência 850/900MHz
1.8/1.9GHz
850/900MHz
1.8/1.9/2.1GHz
+ 700MHz,
1.5/2.6GHz
+ 28 até
95GHz
Banda 200KHz 5MHz de 1.4 até
20MHz
até centenas
de MHz
Modulação GMSK QPSK QPSK,
16/64QAM
+
256QAM
Múltiplo
Acesso
TDMA,
FDMA
CDMA, TDMA OFDMA,
SC-FDMA
OFDM
Taxas 107kbps
384kbps
2 a 14.4Mbps 300Mbps a
1Gbps
Dezenas de
Gbps
Latência 700ms <200ms <30ms Mais baixa
Ed
ga
rd J
am
ho
ur
EXPANSÕES DA TECNOLOGIA INTERNET
A. Endereços MAC
B. VLAN
C. Spanning Tree
D. Spanning Trees com VLANs (AVANÇADO)
Ed
ga
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am
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ENDEREÇO MAC (48 OU 64 BITS)
Protocolos de Switch
AO INVÉS DE OUI GRUPO MULTICAST : 0X-80-C2.
Ed
ga
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ho
ur
VLANS = REDES LOCAIS VIRTUAIS
A
SWITCH B
C
E
F
1 (VLAN 1)
(VLAN 1) 2
(VLAN 1) 3
(VLAN 2) 5
(VLAN 2) 6
D 4 (VLAN 2)
Ed
ga
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am
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VLANS = DOMÍNIOS DE BROADCAST
A
SWITCH B
C
E
FF.FF.FF.FF.FF.FF
FF.FF.FF.FF.FF.FF
FF.FF.FF.FF.FF.FF
F
1 (VLAN 1)
(VLAN 1) 2
(VLAN 1) 3
(VLAN 2) 5
(VLAN 2) 6
D 4 (VLAN 2)
Ed
ga
rd J
am
ho
ur
FORMATO IEEE 802.1Q
DESTINO ORIGEM CFI Dados CRC
6 Bytes 6 Bytes
TYPE
2 Bytes
PRIO
3 Bits
VLAN ID
1 Bit 12 Bits
TYPE
2 Bytes
0x8100 (IEEE 802.1Q)
2 Bytes
de 42 a
4096 Bytes
TAG (marcação) de VLAN
4 bytes - IEEE 802.1Q
Ethernet II
DESTINO ORIGEM Dados CRC
6 Bytes 6 Bytes
TYPE
de 46 a
1500 Bytes2 Bytes 2 Bytes
0x8000 (IP)
0x8000 (IP)
Ed
ga
rd J
am
ho
ur
INTERLIGAÇÃO DE SWITCHES COM VLANS
SWITCH
1
SWITCH
2
SWITCH
3
D
B
Acesso VLAN 1
FF.FF.FF.FF.FF.FF
FF.FF.FF.FF.FF.FF
FF.FF.FF.FF.FF.FF
Trunk VLAN 1,2
C
Acesso VLAN 1
Trunk VLAN 1,2
Trunk VLAN 1,2
A
E
Acesso VLAN 2Acesso VLAN 2
Acesso VLAN 1
Ed
ga
rd J
am
ho
ur
MODO ACESSO E MODO TRONCO
SWITCH
1
SWITCH
2
SWITCH
3
D
B
Acess VLAN 1
Interface Trunk:
Tráfego de Várias VLANs
IEEE 802.1Q
Interface de Acesso:
Tráfego de uma única VLAN
IEEE 802.3B
Trunk VLAN 1,2
C
Acesso
VLAN 1
Trunk VLAN 1,2
Trunk VLAN 1,2
A
E
Acess VLAN 2Acess VLAN 2
Acesso
VLAN 1
A Dados
B A Dados
VLAN ID = 1
B A Dados
Ed
ga
rd J
am
ho
ur
ENDEREÇAMENTO IP E VLANS
SWITCH
1
SWITCH
2
SWITCH
3
D
B
Acess VLAN 1
Trunk VLAN 1,2
C
Acesso VLAN 1
Trunk VLAN 1,2
Trunk VLAN 1,2
A
E
Acess VLAN 2Acess VLAN 2
Acesso VLAN 1
210.0.0.2/24
200.0.0.2/24
210.0.0.3/24
210.0.0.4/24
200.0.0.3/24
VLAN 1 = subrede 210.0.0.0/24
VLAN 2 = subrede 200.0.0.0/24
Ed
ga
rd J
am
ho
ur
ROTEAMENTO ENTRE VLANS
SWITCH 1 SWITCH 2
C B VLAN 1
A D
VLAN 2
VLAN 3VLAN 1
1 2
VLAN 2VLAN 1 VLAN 1 VLAN 3
SWITCH 1 SWITCH 2
C B VLAN 1
TrunkA D
VLAN 2
VLAN 3VLAN 1
201.0.0.2/24
202.0.0.2/24 201.0.0.3/24
203.0.0.2/24
1 2
VLAN 2VLAN 1 VLAN 1 VLAN 3
201.0.0.1/24 202.0.0.1/24 202.0.0.3/24 203.0.0.1/24
Ed
ga
rd J
am
ho
ur
ROTEAMENTO ENTRE VLANS COM TRUNK
SWITCH 1 SWITCH 2
C B VLAN 1
TrunkA D
VLAN 2
VLAN 3VLAN 1
201.0.0.2/24
202.0.0.2/24 201.0.0.3/24
203.0.0.2/24
1
Eth0.1 = 201.0.0.1/24
Eth0.2 = 202.0.0.1/24
Eth0.3 = 203.0.0.1/24
Várias interfaces virtuais
podem ser criadas em uma
mesma interface física
Ed
ga
rd J
am
ho
ur
Roteamento entre VLANs com Trunk
SWITCH 1 SWITCH 2
C B
VLAN 1
A D
VLAN 2
VLAN 3VLAN 1
1 Rede Destino interface gateway
201.0.0.0/24 eth0.1 direto
202.0.0.0/24 eth0.2 direto
203.0.0.0/24 eth0.3 direto
0.0.0.0/0 eth1 10.0.0.2
Internet
2
eth1
10.0.0.1/30
10.0.0.2/30
Eth0.1 = 201.0.0.1/24
Eth0.2 = 202.0.0.1/24
Eth0.3 = 203.0.0.1/24
Ed
ga
rd J
am
ho
ur
ROTEAMENTO COM SWITCH DE CAMADA 3
(MULTILAYER)
SWITCH 1 SWITCH 2
C B
VLAN 1
A D
VLAN 2
VLAN 3VLAN 1
201.0.0.3/24
202.0.0.3/24 201.0.0.4/24
203.0.0.3/24
svi1 (VLAN1)=201.0.0.1/24
svi2 (VLAN2)=202.0.0.1/24
svi3 (VLAN3)=203.0.0.1/24
svi1 svi2 svi3
roteador
Internet
2
10.0.0.2/30
route port
10.0.0.1/30
SVI: Switch Virtual Interface
Ed
ga
rd J
am
ho
ur
LOOPS EM CASCATEAMENTO DE SWITCHES
A B
C,D A,B,E
C D
E
4
2 3
4
2 3
1
E
A,B,C,D
4
2 3
Cenário 1
1
switch 1 switch 2
switch 3
1
F
Ed
ga
rd J
am
ho
ur
LOOPS EM CASCATEAMENTO DE SWITCHES
A B
C,D A,B,E
C D
4
2 3
4
2 3
1
E F
A,B,C,D
1
2 3
Cenário 2
4
1
switch 3
switch 1 switch 2
E
E
E
E
E
Ed
ga
rd J
am
ho
ur
SPT - SPANNING TREE PROTOCOL
As portas na direção do root
são chamadas porta Root
As portas na direção oposta
ao root são chamadas de
designadas.ROOT21
switch 1
1
2
switch 2
2
1switch 3
21
switch 4
ROOT21
switch 1
1
2
switch 2
2
1switch 3
21
switch 4
RP RP
RP
DP DP
DP
após o SPTantes do SPT
porta
bloqueada
Ed
ga
rd J
am
ho
ur
BPDU: PADRÃO IEEE 802.1D
Root
ID
8 bytes
Bridge
ID
8 bytes
Path
Cost
4 bytes
Ed
ga
rd J
am
ho
ur
ELEIÇÃO DO ROOT
ROOT = Bridge com a
menor Bridge ID (menor
prioridade + menor MAC)Root
21
switch 1
1
2
switch 2
2
1switch 3
21
switch 4
RP RP
RP RP
DP DP
DP DP
Antes do SPT
1Gbps1Gbps
1Gbps 100Mbps
Ed
ga
rd J
am
ho
ur
FUNCIONAMENTO DO STP
Porta bloqueada para evitar o
loop.
Root21
switch 1
1
2
switch 2
2
1switch 3
21
switch 4
RP RP
RP RP
DP DP
DP DP
após o SPT
Relação entre velocidade e custo:
1Gbps = 4
100 Mbps=191Gbps
(4)
1Gbps
(4)
1Gbps
(4+4=8)
100Mbps
(19+4=23)X
Ed
ga
rd J
am
ho
ur
CONFIGURAÇÃO DEFAULT
Ed
ga
rd J
am
ho
ur
STP COM VLANS
SWITCH
1 (ROOT)
SWITCH
2
SWITCH
3
D
B
Acess VLAN 1
C
Acesso VLAN 1Trunk
Todas as VLANs
A
E
Acess VLAN 2Acess VLAN 2
Acesso VLAN 1
X100Mbps 100Mbps
100Mbps
Trunk
Todas as VLANs
Trunk
Todas as VLANs
Ed
ga
rd J
am
ho
ur
EXEMPLO DE SWITCH - CISCO 2950
Fa0/1 Fa0/2 Fa0/8... G1/0/1 G1/0/2
Cisco Catalyst 2950G 24 EI
Fa0/9 Fa0/2 Fa0/16... Fa0/17 Fa0/18 Fa0/24...
Ed
ga
rd J
am
ho
ur
MAPEAMENTO DE PORTAS TRUNK COM VLANS
switch 1
vlan1
switch 3
vlan1 vlan20
vlan20
G1/0/2
Fa0/13-24Fa0/1-12
switch 2
vlan1 vlan20
Fa0/1-12 Fa0/13-24
Fa0/1-12 Fa0/13-24
Vlan 1
somente
Vlan 20
somente
G1/0/1
G1/0/2 G1/0/2
G1/0/1 G1/0/1
Todas as
Vlans
Ed
ga
rd J
am
ho
ur
RESULTADO DO MAPEAMENTO ESTÁTICO
switch 1
switch 3
switch 2
Vlan 1
somente
G1/0/1
G1/0/2
G1/0/1
Árvore para VLAN 1
switch 1
switch 3
switch 2
Vlan 20
somente
G1/0/2
G1/0/2
G1/0/1
G1/0/2
Árvore para VLAN 20
Ed
ga
rd J
am
ho
ur
MAPEAMENTO COM PRIORIDADE
Vlan1
prio 16
Vlan 20
prio 128
switch 1
vlan1
switch 3
vlan1 vlan20
vlan20
G1/0/2
Fa0/13-24Fa0/1-12
switch 2
vlan1 vlan20
Fa0/1-12 Fa0/13-24
Fa0/1-12 Fa0/13-24
G1/0/1
G1/0/2 G1/0/2
G1/0/1 G1/0/1
Vlan1 prio 128
Vlan 2 prio 128
Vlan1
prio 128
Vlan 20
prio 1
Ed
ga
rd J
am
ho
ur
Resultado do Mapeamento com
Prioridade
switch 1
switch 3
switch 2
Vlan 1
prio 16
G1/0/1
G1/0/2
G1/0/1
Árvore para VLAN 1
switch 1
switch 3
switch 2
G1/0/2
G1/0/2
G1/0/1
G1/0/2
Árvore para VLAN 20
Vlan 20
prio 128
Vlan 20
prio 16
Vlan 1
prio 128
Ed
ga
rd J
am
ho
ur
ALTERANDO O CUSTO DOS CAMINHOS
switch 1
Vlan 20
path 30
switch 3
switch 2
switch 6
switch 4
switch 5
G1/0/1
G1/0/1
G1/0/2
G1/0/2 G1/0/2G1/0/1
G1/0/1
G1/0/2
G1/0/2
G1/0/2G1/0/1
G1/0/1
Vlan1
path 30switch 1
switch 2
switch 312
4
switch 5
switch 6
30
switch 4
8 16
24
X
switch 1
switch 2
switch 316
30
switch 5
switch 64
switch 4
24 12
8X
Árvore
Vlan 1
Árvore
Vlan 20
Ed
ga
rd J
am
ho
ur
NATIVE VLAN E VLAN 1
Switch 1
vlan1 vlan20
Switch 2
vlan1 vlan20Native VLAN 1
Native VLAN 1
Tráfego sem TAGTráfego com TAG
Ed
ga
rd J
am
ho
ur
PER-VLAN SPANNING TREE
switch 1
switch 3
switch 2
VLAN 1-500 (prio 128)
VLAN 500-1000 (prio 16)
VLAN 1-500 (prio 16)
VLAN 500-1000 (prio 128)
1 mensagem
para cada
VLAN
=
1000
Mensagens
stp1 stp1000... stp1 stp1000...
stp1 stp1000...
1 processo por
VLAN
=
1000 processos
Ed
ga
rd J
am
ho
ur
PADRÃO IEEE 802.1S (MSTP)
switch 1
switch 3
switch 2
instância 1 (prio 128)
instância 2 (prio 16)
instância 1 (prio 16)
instância 2 (prio 128)
1 mensagem
para cada
instância
=
2 Mensagens
instância1 instância 2...
Instância 1 =
(VLANs 1 a 500)
Instância 2 =
(VLANs 500 a 1000)instância1 instância 2...
instância1 instância 2...
Conclusão