VLANs Ethernet
Edgard Jamhour
Evolução do Ethernet
Ethernet I
1972 – 3Mbps (DIX v1)
Ethernet II
1982 – 10Mbps (DIX v2)
IEEE 802.3
1983 – 10Mbps
IEEE 802.3u
1995 – 100Mbps
IEEE 802.3x
1997 – Full Duplex, Flow Control, DIX
IEEE 802.3z
1998 – 1Gbps
IEEE 802.3ac
1998 – Q Tag (VLANs e Prioridade)
IEEE 802.3ae
2003 – 10Gbps
Edgard Jamhour
Padrões IEEE 802
Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede
Logical Link Control (LLC)
IEEE 802.2
Enlace de Dados
Media Access (MAC)
IEEE 802.3
Física
Physical (PHY)
Edgard Jamhour
Quadros Ethernet LLC e DIX
Edgard Jamhour
Endereço MAC
Protocolos de Switch
0X-80-C2.
Edgard Jamhour
Loops em Cascateamento de Switches
switch 1
1
switch 2
E
4
2
2
3
A
4
1 E
3
C
B
D
1
switch 3
quadro broadcast ou para MAC
desconhecido
4
2
E
3
E
Edgard Jamhour
Loops em Cascateamento de Switches
switch 1
1
switch 2
E
E
4
4
1
2
3
2
A
E
E
C
B
1
D
E
E
switch 3
4
E
3
2
quadro broadcast ou para MAC
desconhecido
3
E
F
quadro enviado para E
Edgard Jamhour
SPT - Spanning Tree Protocol
Um dos switches é
eleito como ROOT
antes do SPT
após o SPT
switch 1
1
switch 1
2
1
1
As portas na direção oposta ao
root são chamadas de designadas.
1
switch 2
2
dp
rp
rp
1
switch 2
2
1
dp
1
switch 3
2
2
switch 3
2
Caso um switch
tenha mais de uma
porta root, ela é
bloqueada
switch 4
2
dp
dp
rp
rp
1
2
switch 4
As portas na direção
do root são
chamadas porta
Root
Edgard Jamhour
SPT - Spanning Tree Protocol
• Os switches usam o SPT para detectar e eliminar
automaticamente laços fechados (loops).
– O STP é um protocolo de camada 2, e ele deve ser executado em
todos os switches da rede.
• O princípio do SPT é que somente um caminho ativo
pode existir entre 2 estações na rede.
– Caso mais de um caminho seja descoberto, determinadas portas
do switch são bloqueadas por software a fim de eliminar o loop.
• Quando o SPT é utilizado numa rede com switches, a
topologia resultante é sempre uma árvore, que por
definição não possui loops, o que justifica o nome do
protocolo.
Edgard Jamhour
SPT - Spanning Tree Protocol
• As mensagens geradas pelo STP são denominadas
“Bridge Protocol Data Unit - BPDU”.
– Elas utilizam os endereços MAC em multicast na faixa de
0x0180C20000000 até 0x0180C20000010
• (OUI reservado para operação de switches em modo filtrado).
• STP funciona continuamente, de maneira a refletir
mudanças de topologia na rede.
– Se SPT estiver ativo, os pacotes multicast recebidos com esses
endereços são interpretados localmente pelos switches, mas não
serão encaminhados.
– Se SPT estiver inativo, os quadros BPDU são encaminhados
para outros switches, como se fossem endereços de multicast
desconhecidos.
Edgard Jamhour
BPDU: Padrão IEEE 802.1D
Root
ID
8 bytes
Path
Cost
4 bytes
Bridge
ID
8 bytes
Edgard Jamhour
Campos BPDU
Protocol Identifier
0 (SPT)
Version
0 (ST)
Message Type
0 (Configuration)
Flags
Topology change (TC),
Topology change acknowledgment (TCA)
Root ID
2-Byte Prioridade + 6-Byte MAC da Bridge
Root Path Cost
4-Bytes custo da Bridge até o root
Bridge ID
2-Byte Prioridade + 6-Byte MAC da Bridge
Port ID
2 Bytes (usado para escolher a porta a ser bloqueada em
caso de loop)
Message Age
Tempo decorrido desde que a mensagem repassada foi
enviada pelo Root
Maximum Age
Idade a partir do qual a mensagem deve ser ignorada
Hello Time
Intervalo entre mensagens da root bridge
Forward Delay
Tempo que a bridge deve esperar antes de mudar de
estado em caso de mudança de topologia
Edgard Jamhour
Eleição do Root
Inicialmente, todos os switches
se anunciam como ROOT
Bridge ID (prioridade + MAC)
Quando a mensagem recebida tem um
ID menor que a do próprio switch ele
aceita, se não, ele ignora
1
1
switch 1
1
switch 1
1
1
2
2
dp
1
3 1
2
dp
1
rp
1
1
1
1
switch 2
switch 3
2
1
3
switch 3
2
1
1
4
2
2
1
1
2
dp
dp
rp
rp
1
2
switch 4
1
switch 2
2
2
4
1
rp
2 1
2
switch 4
Edgard Jamhour
Custo do Caminho até o Root
Relação entre velocidade e custo:
1Gbps = 4
100 Mbps=19
switch 1
switch 1
1
dp
1Gbps
(4)
1
2
dp
rp
1
rp
1Gbps
(4)
switch 2
switch 3
(4)
dp
rp
1
rp
2
switch 4
rp
dp
100Mbps
(19)
(4)
rp
1
switch 2
switch 3
2
2
dp
1Gbps
(4)
dp
1
1
2
2
2
dp
(4+4=8)
rp
dp
rp X
1
(19+4=23)
2
switch 4
Edgard Jamhour
Configuração Default
Edgard Jamhour
VLANs = Redes Locais Virtuais
SWITCH
A
D
1 (VLAN 1)
(VLAN 1) 2
B
(VLAN 1) 3
C
(VLAN 2) 5
E
(VLAN 2) 6
F
4 (VLAN 2)
Edgard Jamhour
VLANs = Domínios de BroadCast
FF.FF.FF.FF.FF.FF
SWITCH
(VLAN 1) 2
FF.FF.FF.FF.FF.FF
B
FF.FF.FF.FF.FF.FF
A
D
1 (VLAN 1)
(VLAN 1) 3
C
(VLAN 2) 5
E
(VLAN 2) 6
F
4 (VLAN 2)
Edgard Jamhour
Formato IEEE 802.1Q
Ethernet II
de 46 a
6 Bytes
6 Bytes
2 Bytes
1500 Bytes
DESTINO
ORIGEM
TYPE
Dados
2 Bytes
CRC
0x8000 (IP)
TAG (marcação) de VLAN
4 bytes - IEEE 802.1Q
de 42 a
6 Bytes
6 Bytes
2 Bytes
3 Bits
1 Bit
12 Bits
DESTINO
ORIGEM
TYPE
PRIO
CFI
VLAN ID
0x8100 (IEEE 802.1Q)
2 Bytes
TYPE
4096 Bytes
2 Bytes
Dados
CRC
0x8000 (IP)
Edgard Jamhour
Interligação de Switches com VLANs
A
B
FF.FF.FF.FF.FF.FF
FF.FF.FF.FF.FF.FF
Acesso VLAN 1
SWITCH
Acesso VLAN 1
Trunk VLAN 1,2
1
D
SWITCH
2
E
Acesso VLAN 2
Acesso VLAN 2
Trunk VLAN 1,2
Trunk VLAN 1,2
SWITCH
3
Acesso VLAN 1
FF.FF.FF.FF.FF.FF
C
Edgard Jamhour
Modo Acesso e Modo Tronco
A
Interface de Acesso:
Tráfego de uma única VLAN
IEEE 802.3
B
B
A
Dados
B
A
VLAN ID = 1
Acesso
B
VLAN 1
SWITCH
SWITCH
1
Acess VLAN 2
Dados
Acesso
Dados
VLAN 1
D
A
2
Trunk VLAN 1,2
Trunk VLAN 1,2
E
Acess VLAN 2
Trunk VLAN 1,2
SWITCH
Interface Trunk:
Tráfego de Várias VLANs
IEEE 802.1Q
3
Acess VLAN 1
C
Edgard Jamhour
Endereçamento IP e VLANs
210.0.0.2/24
210.0.0.3/24
A
B
Acesso VLAN 1
Acesso VLAN 1
200.0.0.2/24
D
Acess VLAN 2
SWITCH
SWITCH
1
2
Trunk VLAN 1,2
Trunk VLAN 1,2
200.0.0.3/24
E
Acess VLAN 2
Trunk VLAN 1,2
SWITCH
VLAN 1 = subrede 210.0.0.0/24
VLAN 2 = subrede 200.0.0.0/24
3
Acess VLAN 1
C
210.0.0.4/24
Edgard Jamhour
Roteamento entre VLANs
220.0.0.3/24
210.0.0.4/24
C
B
VLAN 1
VLAN 2
210.0.0.3/24
VLAN 1
A
Trunk
VLAN 1,2,3
230.0.0.3/24
SWITCH 2
SWITCH 1
VLAN 3
VLAN 1
VLAN 2
1
210.0.0.1/24
220.0.0.1/24
VLAN 1
220.0.0.3/24
D
VLAN 3
2
230.0.0.1/24
Edgard Jamhour
Roteamento entre VLANs com Trunk
220.0.0.3/24
210.0.0.4/24
C
B
VLAN 2
210.0.0.3/24
VLAN 1
A
VLAN 1
Trunk
VLAN 1,2,3
230.0.0.3/24
SWITCH 2
SWITCH 1
VLAN 3
D
Trunk
VLAN 1,2,3
1
eth0.1=210.0.0.1/24
eth0.2=220.0.0.1/24
eth0.3=230.0.0.1/24
Edgard Jamhour
Roteamento entre VLANs com Trunk
220.0.0.3/24
210.0.0.4/24
C
B
VLAN 2
210.0.0.3/24
VLAN 1
VLAN 1
Trunk
VLAN 1,2,3
A
230.0.0.3/24
SWITCH 2
SWITCH 1
D
VLAN 3
Trunk
VLAN 1,2,3
eth0.1=210.0.0.1/24
eth0.2=220.0.0.1/24
eth0.3=230.0.0.1/24
1
eth1
10.0.0.1/30
Rede Destino
interface
gateway
210.0.0.0/24
eth0.1
direto
220.0.0.0/24
eth0.2
direto
230.0.0.0/24
eth0.3
direto
0.0.0.0/0
eth1
10.0.0.2
10.0.0.2/30
2
Internet
Edgard Jamhour
Roteamento com Switch de Camada 3
220.0.0.3/24
210.0.0.4/24
C
VLAN 1
VLAN 2
210.0.0.3/24
VLAN 1
A
B
Trunk
VLAN 1,2,3
230.0.0.3/24
SWITCH 1
SWITCH 2
VLAN 3
D
10.0.0.1/30
route port
roteador
svi1
svi2
svi3
10.0.0.2/30
svi1 (VLAN1)=210.0.0.1/24
svi2 (VLAN2)=220.0.0.1/24
svi3 (VLAN3)=230.0.0.1/24
2
Internet
Edgard Jamhour
STP com VLANs
A
B
Acesso VLAN 1
Trunk
SWITCH
Acesso VLAN 1
Todas as VLANs
SWITCH
1 (ROOT)
D
2
100Mbps
Acess VLAN 2
100Mbps
X
Trunk
E
Acess VLAN 2
100Mbps
Trunk
Todas as VLANs
Todas as VLANs
SWITCH
3
Acess VLAN 1
C
Edgard Jamhour
Exemplo de Switch - Cisco 2950
Cisco Catalyst 2950G 24 EI
Fa0/1 Fa0/2 ... Fa0/8
Fa0/9 Fa0/2 ... Fa0/16
Fa0/17 Fa0/18 ... Fa0/24
G1/0/1 G1/0/2
Edgard Jamhour
Mapeamento de Portas Trunk com VLANs
Fa0/1-12
Fa0/13-24
vlan1
vlan20
G1/0/1
Todas as
Vlans
Fa0/1-12
G1/0/1
Fa0/13-24
vlan1
switch 1
vlan20
switch 2
G1/0/2
G1/0/2
Vlan 1
somente
Vlan 20
somente
G1/0/1
G1/0/2
switch 3
vlan1
Fa0/1-12
vlan20
Fa0/13-24
Edgard Jamhour
Resultado do Mapeamento Estático
Árvore para VLAN 1
Árvore para VLAN 20
G1/0/1
switch 1
G1/0/1
switch 2
G1/0/2
switch 1
G1/0/2
switch 2
G1/0/2
Vlan 1
somente
Vlan 20
somente
G1/0/1
G1/0/2
switch 3
switch 3
Edgard Jamhour
Mapeamento com Prioridade
Fa0/1-12
Fa0/13-24
vlan1
Vlan1 prio 128
Vlan 2 prio 128
vlan20
G1/0/1
Fa0/1-12
G1/0/1
Fa0/13-24
vlan1
switch 1
vlan20
switch 2
G1/0/2
G1/0/2
Vlan1
prio 16
Vlan1
prio 128
Vlan 20
prio 128
Vlan 20
prio 1
G1/0/1
G1/0/2
switch 3
vlan1
Fa0/1-12
vlan20
Fa0/13-24
Edgard Jamhour
Resultado do Mapeamento com
Prioridade
Árvore para VLAN 1
Árvore para VLAN 20
G1/0/1
switch 1
switch 2
G1/0/2
Vlan 1
prio 16
G1/0/1
switch 1
G1/0/2
Vlan 20
prio 128
G1/0/1
switch 2
G1/0/2
Vlan 20
prio 16
Vlan 1
prio 128
G1/0/2
switch 3
switch 3
Edgard Jamhour
Alterando o Custo dos Caminhos
G1/0/2
switch 1
G1/0/1
Vlan1
path 30
G1/0/2
30
switch 6
switch 1
G1/0/1
Vlan 20
path 30
X
4
24
switch 2
switch 5
8
G1/0/1
G1/0/1
switch 2
switch 3
switch 4
12
G1/0/2
4
switch 1
X
G1/0/2
Árvore
Vlan 1
16
switch 5
G1/0/2
switch 6
G1/0/1
switch 6
30
Árvore
Vlan 20
8
G1/0/2
switch 3
switch 4
G1/0/1
switch 2
switch 5
24
12
switch 3
switch 4
16
Edgard Jamhour
Native VLAN e Vlan 1
Tráfego com TAG
vlan1
Tráfego sem TAG
vlan20
Native VLAN 1
Switch 1
vlan1
vlan20
Switch 2
Native VLAN 1
Edgard Jamhour
Per-VLAN Spanning Tree
stp1
...
stp1000
stp1
switch 1
VLAN 1-500 (prio 128)
VLAN 500-1000 (prio 16)
...
stp1000
switch 2
1 mensagem
para cada
VLAN
=
1000
Mensagens
VLAN 1-500 (prio 16)
VLAN 500-1000 (prio 128)
switch 3
1 processo por
VLAN
=
1000 processos
stp1
...
stp1000
Edgard Jamhour
Padrão IEEE 802.1s (MSTP)
instância1
...
instância 2
instância1
switch 1
instância 1 (prio 128)
instância 2 (prio 16)
...
instância 2
switch 2
1 mensagem
para cada
instância
=
2 Mensagens
instância 1 (prio 16)
instância 2 (prio 128)
switch 3
Instância 1 =
(VLANs 1 a 500)
Instância 2 =
(VLANs 500 a 1000)
instância1
...
instância 2
Edgard Jamhour
Conclusão