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

rd J

am

ho

ur

EVOLUÇÃO DO ETHERNET: IEEE 802.3

from

www.eletronicdesign.com

Ed

ga

rd J

am

ho

ur

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

rd J

am

ho

ur

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

Ed

ga

rd J

am

ho

ur

ANSI/TIA/EIA-568-A

Ed

ga

rd J

am

ho

ur

PADRÕES IEEE 802.11 (WLAN)

Ed

ga

rd J

am

ho

ur

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

Ed

ga

rd J

am

ho

ur

DIVISÃO EM CANAIS: WIFI

Ed

ga

rd J

am

ho

ur

PA

DR

ÕE

SIE

EE

PA

RA

WP

AN

Reuso de

frequencias da TV

analógica

iBurst

Ed

ga

rd J

am

ho

ur

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

rd J

am

ho

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

Ed

ga

rd J

am

ho

ur

WISUN ALLIANCE (IOT)

Ed

ga

rd J

am

ho

ur

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

rd J

am

ho

ur

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

rd J

am

ho

ur

ENDEREÇO MAC (48 OU 64 BITS)

Protocolos de Switch

AO INVÉS DE OUI GRUPO MULTICAST : 0X-80-C2.

Ed

ga

rd J

am

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

rd J

am

ho

ur

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