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LAN switching y puentesTemario:

Interconexin de equipos en capas diferentes.Diferencias entre LAN switching (puenteadas) y enrutamiento.LAN switching, incluyendo, algoritmo de aprendizaje de los puentes, puentes transparentes y protocolo de spanning tree.

*Temario

Equipos de interconexinBridges/LAN switches vs. RoutersBridgesLearning BridgesTransparent bridges

*IntroductionHay muchos equipos diferentes para interconectar redes.

Hub

Desktop System

Token-ring

Concentrator

Ethernet

Gateway

Router

Cloud

Hub

Bridge

Bridge

Terminal Server

Router

Repeater

Multiplexer

PBX

X.25 Network

Router

Gateway

Token-ring

EthernetHub

EthernetHub

Hosts

Hosts

Bridge

*Ethernet HubEs usado para interconectar host a Ethernet LAN y para conectar multiples Ethernet LANsLas colisiones son propagadas a travs de todos los hubs

IP

LLC

802.3 MAC

Hub

IP

LLC

802.3 MAC

Hub

Hub

Desktop System

Token-ring

Concentrator

Ethernet

Gateway

Router

Cloud

Hub

Bridge

Bridge

Terminal Server

Router

Repeater

Multiplexer

PBX

Computer

EthernetHub

EthernetHub

Host

Host

*Bridges/LAN switches Un bridge o LAN switch es un equipo que interconecta 2 o mas Local Area Networks (LANs) y enruta los paquetes entre las redes. Bridges/LAN switches operan en la capa de enlace (Data Link Layer).

Cloud

Cloud

IP

LLC

802.3 MAC

LAN

Bridge

LAN

802.3 MAC

802.5 MAC

LLC

IP

LLC

802.5 MAC

Hub

Desktop System

Token-ring

Concentrator

Ethernet

Gateway

Router

Cloud

Hub

Bridge

Bridge

Terminal Server

Router

Repeater

Multiplexer

PBX

Computer

Token-ring

Bridge

Token-ring

*Terminologia: Bridge, LAN switch, Ethernet switchHay diferentes terminos para referirse a los equipos de interconexin de la capa de enlace:El trmino bridge fue acuado en los 1980s. Hoy, el trmino LAN switch o (en el contexto de Ethernet) Ethernet switch son los usados.

Convencin:Muchos de los conceptos, comandos de configuracin, y protocolos para las LAN switches fueron desarrollados en los 1980s, y comunmente se usa el trmino`bridge, con pocas excepciones nos referiremos a las LAN switches como bridges.

*Ethernet Hubs vs. Ethernet SwitchesUn Ethernet switch es un conmutador de paquetes (packet switch) para tramas EthernetEl almacenamiento (buffering) de los tramas previene la colisin. Cada puerto es aislado y construye su propio dominio de colisin.Un Ethernet Hub no ejecuta almacenamiento:Las colisiones ocurren si dos tramas arrivan al mismo tiempo.HubSwitch

*Dual Speed Ethernet hubDual-speed hubs operaran a 10 Mbps y a 100 Mbps Conceptualmente estos hubs operan como dos Ethernet hubs separados por un puente.Dual-Speed Ethernet Hub

Star Network

Hub

Concentrator

MAU

Ethernet

Desktop System

100 Mbps

100 Mbps

100 Mbps

100 Mbps

10 Mbps

10 Mbps

10 Mbps

10 Mbps

*Routers Los routers operan en la capa de Red (Layer 3) Interconecta redes IP

Token-ring

Cloud

Bridge

Desktop System

Computer

Ethernet

Gateway

IP network

IP network

IP network

Router

Router

Host

Host

Application

TCP

IP

NetworkAccess

Network Access

Network Access

Router

IP

Application

TCP

IP

Router

Network Access

IP protocol

IP protocol

DataLink

DataLink

Network Access

IP

Network Access

Host

DataLink

IP protocol

Host

*Gateways El trmino Gateway es usado con diferentes significados en diferentes contextos.Gateway es un trmino genrico para routers (Level 3)Gateway es atambin usado para equipos que interconectan diferentes capas 3 y el cual ejecuta traslacin de protocolos. (Multi-protocol router)

Token-ring

Cloud

PBX

Desktop System

Computer

Ethernet

Gateway

IP Network

X.25 Network

SNA Network

Gateway

Gateway

Host

Host

*Bridges vs RoutersUn red comercial (e.j., Red Universitaria) con un gran nmero de redes de arae local (LANs) pueden usar routers o bridges1980s: LANs interconectadas via bridgesPara finales de los 1980s e inicio de los 1990s: incrementandose el uso del router.Desde mediano de los 90s: La mayora de los LAN switches reemplazan la mayoria de los routers.

*Una red comercial ruteadaRouterHubFDDIFDDI

*Una red comercial con switchRouterBridge/Switch

*Example: Red universitariaDesio de la arquitectura de red (ao 2000) No hay routers !

*Interconectando redes: Bridges vs RoutersRouters

LA direccin IP de cada host debe ser configurada

Si la red es configurada, la direccin IP puede necesitar ser reasignada.

El enrutamiento es hecho bajo RIP o OSPF

Cada router manipula los encabezados de los paquetes (e.g., reduce el campoTTL) Bridges/LAN switches

Direccin MAC del Host son hardwired

No es necesario configuracin de la red

El enrutamiento es realizado a travs delearning bridge algorithmspanning tree algorithmLos puentes no manipulan tramas

*Puentes

Meta de diseo global: Completar transparenciaPlug-and-playAutoconfiguracin sin cambios en harware o softwarePuentes no deben impactar la operacin de las LANs existentes.

Tres temas para entender los puentes:(1) Enrutamiento de tramas - Forwarding of Frames(2) Aprendizaje d e direcciones - Learning of Addresses(3) Algoritmo de Spanning Tree

*Necesidad para enrutamiento entre las redes

Que hacen los puentes si algunas LANs son alcanzables solamente con multiples saltos. ?

Que hacen los puentes si la ruta entre 2 LANs no son nicas?

*Puentes TransparentesTres aproximaciones pueden ser encontradas:Enrutamiento fijo - Fixed RoutingEnrutamiento de la fuente - Source RoutingEnrutamiento por arbol de expansin - Spanning Tree Routing (IEEE 802.1d)

Nosotros discutiremos solo el ltimo en detalle.

Los puentes que ejecutan el algoritmo de arbol de expansin (spanning tree algorithm) son llamados puentes transparentes (transparent bridges)

*(1) Enrutamiento de tramasCada puente mantiene una Tabla de Enrutamientos de direcciones MACLA tabla de enrutamiento juega el mismo papel de la tabla de enrutamiento de una IP router Las entradas tienen la forma de ( Direccin MAC, puerto, edad), donde:Direccin MAC: Nombre del host o grupo de direccionesport:nmero de puerto del puenteage:edad del tiempo de entrada (en segundos)

Tabla de enrutamiento MAC

*Asume que un trama MAC llega en el puerto x.

(1) Enrutamiento del tramaEs la direccin MAC de destinoen la tabla de enrutamiento para los puertos A, B, or C ?Enruta los tramas al puertoapropieadoIndunda el trama, ejm: Enva el trama en todos los puertos excepto el puerto x.Encontrado?No Encontrado ?

*Las entradas en las tablas de enrutamiento son configuradas automaticamente con un simple heurismo: El campo de la fuente de un trama que llega en un puerto dice que hosts son alcanzable desde este puerto.(2) Aprendizaje de direcciones (Learning Bridges)Port 1Port 2Port 3Port 4Port 5Port 6x is at Port 3 y is at Port 4

*Algoritmo de aprendizaje: Para cada trama recibido, la fuente almacena el campo de la fuente en la base de datos de enrutamiento junto con el puerto donde el trama fue recibido.Todas las entradas son eliminadas despus de algn tiempo (15 seg. por defecto).(2) Aprendizaje de direcciones (Learning Bridges)Port 1Port 2Port 3Port 4Port 5Port 6x is at Port 3 y is at Port 4

*EjemploConsidere los siguientes paquetes: (Src=A, Dest=F), (Src=C, Dest=A), (Src=E, Dest=C)Que han aprendido los puentes?

*Considere dos LAN conectadas por dos puentes.Asuma que el host n esta transmitiendo el trama F con un destino desconocido.Que est pasando?Puente A y B inundan el trama a la LAN 2.Puente B ve a F en LAN 2 (con un destino desconocido), y copia el trama de regreso a LAN 1Puente A hace lo mismo. Las copias continuanDonde est el problema? Cual es la solucin?Peligro de los loopsF

*Protocolo de Spanning Tree (IEEE 802.1d)El protocolo Spanning Tree (SPT) es una solucin para prevenir los loops cuando se enrutan tramas entre LANs.

El SPT esta estandarizado como el protocolo IEEE 802.1d.

El SPT organiza puentes y LANs como spanning tree en un ambiente dinmicoTramas enrutados solo a lo largo de las ramas del spanning tree Nota: Arboles no tienen loops

Puentes que corren el SPT son llamados puentes transparentes.

Puentes intercambian mensajes para configurarse (Configuration Bridge Protocol Data Unit or BPDUs) y as construir el arbol.

*Configuracion BPDUs

protocol identifier

DestinationMAC address

Source MACaddress

Configuration Message

version

message type

Set to 0

flags

root ID

Cost

bridge ID

port ID

message age

maximum age

hello time

forward delay

Set to 0

Set to 0

lowest bit is "topology change bit (TC bit)

ID of root

Cost of the path from the bridge sending this message

ID of bridge sending this message

ID of port from which message is sent

time since root sent a message on which this message is based

Time between recalculations of the spanning tree (default: 15 secs)

Time between BPDUs from the root (default: 1sec)

*Que es hace BPDUs? Con la ayuda de BPDUs, los puentes pueden:Elegir un solo puente como root bridge (puente raiz).Calcular la distancia del camino mas corto al puente raiz (root bridge)Cada LAN puede determinar un puente designado, el cual es el puente mas cercano al puente raiz. El puente designado enrutar los paquetes directamente al puente raiz.Cada puente puede determinar un puerto raiz (root port), que es el puerto que da el mejor camino al raiz.La seleccin de puerto est incluido en el spanning tree.

*ConceptosCada puente como identificador nico:Puente ID Puente ID = Priority : 2 bytes Puente MAC address: 6 bytesSe configura la prioridadMAC address del puente es el MAC addresses mas baja de todos los puertos

Cada puerto de un puente tiene un identificador unico (port ID).

Root Bridge: El puente con el identificador mas bajo es el raiz del spanning tree.Root Port:Cada puente tiene un puerto raiz el cual identifica el prximo salto desde un puente a la raiz.

*ConceptosCosto enlace raiz-Root Path Cost: Para cada puente, el costo del enlace de minimo costo al la raiz. Puente designado, puerto designado: Unico puente en una LAN que provee el enlace de mnimo costo a la raiz para esta LAN: - Si dos puentes tienen el mismo costo, seleccione el que tiene la mas alta prioridad. - Si el puente de minimo costo, tiene 2 o mas puertos en la LAN, se selecciona el puerto con el identificador mas bajoNota: Se asume que el costo de un enlace es el numero de saltos.

*Pasos del algoritmo de Spanning TreeCada puente envia BPDUs que contiene la sigueinte informacin:

La transmisin de BPDUs resulta en la computacin distribuida de un spanning treeLa convergencia del algoritmo es muy rpida.root bridge (what the sender thinks it is) root path cost for sending bridge Identifies sending bridge Identifies the sending portroot IDcostbridge IDport ID

*Ordenando los mensajesSe define un ordenamiento de los mensajes BPDU

Se dice que M1 es un enlace mejor que M2 (M1

*Inicialmente todos los puentes asumen que hay un puente raz (root bridge)Cada puente B enva BPDUs de esta forma sobre su LANs desde cada puerto P:

Cada puente mira al BPDUs recibido en todos sus puertos y en todos sus propios BPDUs transmitidos.El puente raiz es el ID mas pequeo recibido que ha sido recibido hasta ese memomeno. (Cuando sea que el ID mas pequeo llegue, la raz es actualizada.) Inicializando el Protocolo del Spanning Tree B0BP

*Each bridge B looks on all its ports for BPDUs that are better than its own BPDUsSuppose a bridge with BPDU:

receives a better BPDU:

Then it will update the BPDU to:

However, the new BPDU is not necessarily sent outOn each bridge, the port where the best BPDU (via relation

*Say, B has generated a BPDU for each port x

B will send this BPDU on port x only if its BPDU is better (via relation

*Selecting the Ports for the Spanning TreeEach bridges makes a local decision which of its ports are part of the spanning treeNow B can decide which ports are in the spanning tree:Bs root port is part of the spanning treeAll designated ports are part of the spanning treeAll other ports are not part of the spanning tree

Bs ports that are in the spanning tree will forward packets (=forwarding state)Bs ports that are not in the spanning tree will not forward packets (=blocking state)

*Building the Spanning TreeConsider the network on the right.Assume that the bridges have calculated the designated ports (D) and the root ports (P) as indicated.

What is the spanning tree?On each LAN, connect R ports to the D ports on this LAN

*ExampleAssume that all bridges send out their BPDUs once per second, and assume that all bridges send their BPDUs at the same timeAssume that all bridges are turned on simultaneously at time T=0 sec.

*Example: BPDUs sent by the bridges In the table (1,0,1,port) means that the BPDU is (1,0,1,A) if the BPDU is sent on port A and (1,0,1,B) if it is sent on port B.At T=1, Bridge 7 receives two BPDUs from Bridge 1: (1,0,1,A) and (1,0,1,B). We assume that A is numerically smaller than B. If this is not true, then the root port of Bridge 7 changes.

*Example: Settings after convergence Resulting tree:

Bridge

Cloud

LAN

LAN

LAN

Bridge ID 1

Bridge ID 3

Bridge ID 7

Bridge ID 5

Bridge ID 6

Bridge ID 2

port B

port C

port A

port A

port B

port C

port D

port A

port B

port A

port B

port A

port B

port C

port A

port C

port B

LAN

LAN

LAN

LAN

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