Comutação e Segmentação

Duração: 70 minutos (explicação 20, prática guiada 40, verificação 10). Resultados dos TdR trabalhados: Configurar routers, switches, pontos de acesso e firewalls; LAN, WAN, WLAN, virtualização e nuvem.

Objectivos

• Explicar como um comutador aprende endereços MAC e decide o reencaminhamento.
• Distinguir domínio de colisão e domínio de difusão.
• Ler e limpar a tabela de endereços de um comutador.

Aprender, reencaminhar, inundar

Quando chega uma trama, o comutador regista o MAC de origem e a porta por onde entrou (aprendizagem). Se conhece o MAC de destino, envia só por essa porta; se não conhece, ou se é difusão (ff:ff:ff:ff:ff:ff), envia por todas as outras portas da mesma rede (inundação). As entradas envelhecem (tipicamente 300 segundos) e desaparecem se o equipamento se calar.

Cada porta de um comutador é um domínio de colisão separado; toda a rede local (a VLAN) é um domínio de difusão. Redes locais muito grandes sofrem com excesso de difusão: é uma das razões para segmentar em VLAN.

Caso fictício

Na DPE (fictícia), um portátil ligado ora à sala 1 ora à sala 2 perde a ligação durante uns segundos ao mudar. O técnico explica porquê com a tabela MAC.

Prática guiada em rede isolada

Rede de prática fictícia, criada dentro de um computador de prática com o script base (módulo 1, lição 1). Nunca use estes passos na rede de produção nem contra endereços reais. As saídas mostradas são exemplos didácticos, não resultados de uma execução.

Topologia (descrição em texto)

• No r1, ponte br-lab com três portas (t1, t2, t3), rede 192.168.50.0/24 de teste (igual à lição 3 do módulo 1, com um terceiro posto).

Passos

1. Recrie a ponte da lição anterior com três postos.

   sudo ip -n r1 link add br-lab type bridge && sudo ip -n r1 link set br-lab up
   for i in 1 2 3; do sudo ip netns add t$i; sudo ip link add t$i-br type veth peer name br-t$i; sudo ip link set t$i-br netns t$i; sudo ip link set br-t$i netns r1; sudo ip -n r1 link set br-t$i master br-lab up; sudo ip -n t$i addr add 192.168.50.$i/24 dev t$i-br; sudo ip -n t$i link set t$i-br up; done

2. Veja o tempo de envelhecimento e a tabela antes e depois de tráfego.

   sudo ip -n r1 -d link show br-lab | grep -o 'ageing_time [0-9]*'
   sudo ip netns exec r1 bridge fdb show br br-lab dynamic
   sudo ip netns exec t1 ping -c 1 192.168.50.3
   sudo ip netns exec r1 bridge fdb show br br-lab dynamic

   Saída de exemplo (didáctica):

   ageing_time 30000
   (vazio antes do tráfego)
   aa:bb:cc:00:00:01 dev br-t1 master br-lab
   aa:bb:cc:00:00:03 dev br-t3 master br-lab

3. Observe a inundação: capture no t2 enquanto t1 fala com t3 pela primeira vez (depois de limpar a tabela).

   sudo ip netns exec r1 bridge fdb flush dev br-lab
   Consola A: sudo ip netns exec t2 tcpdump -ni t2-br -c 1 arp
   Esperar na consola A a linha «listening on t2-br»; o tcpdump termina sozinho após 1 pacote (-c 1).
   Consola B: sudo ip netns exec t1 arping -c 1 -I t1-br 192.168.50.3 || sudo ip netns exec t1 ping -c 1 192.168.50.3

   Saída de exemplo (didáctica):

   ARP, Request who-has 192.168.50.3 tell 192.168.50.1

Critérios de sucesso

• O formando explica porque o t2 viu o pedido ARP (difusão) mas não o eco ICMP seguinte (unicast já aprendido).
• ageing_time 30000 é lido como 300,00 segundos (centésimos).

Como desfazer (reversão)

• for i in 1 2 3; do sudo ip netns del t$i; done; sudo ip -n r1 link del br-lab

Alternativa em papel: tarefas e respostas esperadas

Explique o caso do portátil que muda de sala.

O comutador ainda associa o MAC do portátil à porta antiga; as tramas vão para lá até o portátil transmitir na nova porta (a entrada é actualizada) ou até a entrada envelhecer. Normalmente resolve-se logo que o portátil envia tráfego.

Uma rede com 800 postos numa só VLAN: que problema de difusão prever?

Cada difusão (ARP, DHCP, descobertas) chega aos 800 postos, consumindo largura de banda e processamento; uma falha ou ciclo afecta todos. Propor segmentação em VLAN.

Um comutador com 24 portas tem quantos domínios de colisão e de difusão (sem VLAN)?

24 domínios de colisão e 1 domínio de difusão.

Verifique o que aprendeu

Questão 1

Um comutador recebe uma trama para um MAC que não conhece. O que faz?

1. Descarta
2. Envia por todas as outras portas da VLAN
3. Envia ao encaminhador
4. Pede o MAC por DNS

Questão 2

Qual o efeito de dividir uma rede grande em várias VLAN?

1. Aumenta o domínio de difusão
2. Reduz cada domínio de difusão
3. Elimina a necessidade de encaminhador
4. Desliga o ARP

Em leitura fácil

• O comutador aprende onde está cada computador.
• Se não sabe, envia para todos.
• Redes muito grandes ficam lentas com mensagens para todos.

Fontes

• IEEE 802.1Q — Bridges and Bridged Networks (VLAN, STP/RSTP) (https://standards.ieee.org/ieee/802.1Q/)
• Linux iproute2 — páginas de manual ip(8), ip-netns(8), bridge(8), tc(8) (https://man7.org/linux/man-pages/man8/ip.8.html)