O să mai repet aici o chestie pe care am spus-o în ultimul articol şi pe care trebuie să nu o uitaţi, şi anume că switch-urile împart domenii de coliziune, iar routerele domenii de broadcast.

Mulţi poate vor zice “ok…dacă din cauza VLAN-urilor putem avea domenii de broadcast diferite, nu mai avem nevoie de routere.” Treaba asta este cu două tăişuri. De exemplu, “by default”, hosturile dintr-un VLAN nu pot comunica cu cele din alt VLAN diferit decât cu ajutorul unui router, sau unui device de Layer 3…aşa că nu mai speraţi degeaba pentru că routerele nu dispar aşa usor.

Să ne imaginăm acum “un stol” de frame-uri care zboară de colo-colo prin reţeaua noastră. Switch-urile trebuie să ştie şi să urmărească toate tipurile de frame-uri, plus să înţeleagă ce să facă cu ele în funcţie de adresa lor MAC. Aceste frame-uri sunt “administrate” de către switch în funcţie de tipul linkului prin care ele circulă.

Sunt două tipuri de linkuri într-un switched environment -nu ştiu cum să îi zic în română-.

Linkuri de tip access (access links) – acest tip de link face parte doar dintr-un VLAN. Orice device ataşat la un access link nu ştie de apartenenţa lui la vreun VLAN, doar ştie că el face parte dintr-un domeniu de broadcast şi nu are nicio cunoştinţă despre reţeaua fizică. Switchul şterge orice informaţie despre vreun VLAN din frame înainte să îl trimită printr-un access link. Device-urile conectate prin linkuri de tip acces nu pot comunica cu alte echipamente care nu fac parte din VLAN-ul lor, doar dacă pachetele sunt rutate (Layer 3, router…vă amintiţi, nu? ).

Linkuri de tip trunk (trunk links) – trunk-urile pot transporta frame-uri din VLAN-uri diferite. Un link trunk este un link point-to-point de 100- sau 1000Mbps şi poate lega două switch-uri, un switch şi un router, un switch şi un server. Mai pe româneşte, un link trunk face ca un port să facă parte din mai multe VLAN-uri în acelaşi timp.

Nu vă speriaţi. Figura de mai jos va face lumină.

În poza de mai sus, hosturile pot comunica între ele în funţie de VLAN-ul la care sunt asignate. Din ce cauză? Pentru că cele două switch-uri sunt conectate între ele printr-un link trunk. Hosturile în schimb sunt conectate la switch-uri prin linkuri de tip access (access links)…asta înseamnă că ele pot comunica doar într-un VLAN (acela din care fac parte).

Haideţi să vorbim acum despre frame tagging. O să ziceţi “ce dracului mai e şi asta?”.  Este o metodă de identificare a frame-urilor. Şi cum se realizează asta? Fiecărui frame i se va ataşa un VLAN ID, astfel încât fiecare switch să ştie din ce VLAN vine un frame şi unde să îl trimită.

Acum…trebuie să menţionăm că există mai multe feluri de trunking: Inter-Switch Link (ISL) şi IEEE 802.1Q.

Metoda Inter-Switch Link(ISL) poate fi folosită doar pe echipamentele CISCO şi doar pe linkurile de Fast Ethernet şi Gigabit Ethernet.

Metoda IEEE 802.1Q, creată de către IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), este o metodă standard de frame tagging. Ce presupune ea de fapt? Inserarea a încă unui câmp în frame, acel câmp identificînd VLAN-ul din care vine frame-ul respectiv. Dacă să zicem că vreţi să faceţi trunk între un switch Cisco şi altul de la alt producător, nu puteţi folosi decât această metodă de trunking.

Haideţi să ne oprim aici deocamdată, şi în următorul material din categoria Networking vom vorbi despre VTP (VLAN Trunking Protocol), moduri de operare ale VTP-ului, rutarea între VLAN-uri, precum şi câteva exemple de configurare în CLI a VLAN-urilor.

Până atunci uptime cât mai lung vă doresc!

Pentru a ne da seama cât de importante sunt switch-urile pentru un LAN ar trebui să cunoaştem puţin istoria evoluţiei acestui device cât şi ce sunt transparent bridge-urile.

Cu ceva timp în urmă nu exista conceptul de Ethernet LAN. Ethernet-ul a fost creat folosind un singur bus electric, şi era cablat folosind cabluri coaxiale între plăcile de reţea ale device-urilor ce trebuiau ataşate Ethernet-ului.

10BASE-T a fost următorul pas în dezvoltarea Ethernet-ului. 10BASE-T a îmbunătăţit capacităţile LAN-ului deoarece o problemă pe un singur cablu nu afecta şi restul LAN-ului, la fel cum se întâmpla în cazul reţelelor 10BASE2 şi 10BASE5. 10BASE-T a permis folosirea cablului UTP, mult mai ieftin decât cel coaxial, plus că mai toate clădirile erau deja cablate cu UTP pentru telefonie, aşa că trecerea la acesta standard s-a făcut relativ repede şi uşor.

Când bridge-urile transparente au fost introduse pentru prima dată, reţelele Ethernet erau 10BASE5, 10BASE2 sau 10BASE-T. Toate trei tipurile aveau nişte caracteristici comune care scoteau în evidenţă necesitatea unui bridging device:

-orice frame transmis de către un device se putea “ciocni” de către un alt frame trimis de un alt device ataşat la acelaşi segment de LAN;

-doar un singur device putea trimite un frame o dată, aşa că toate echipamentele împărţeau o bandă de 10Mbps;

-broadcast-urile trimise de către un singur device ar fi fost “auzite” de toate cele care erau ataşate la acelaşi segment de LAN.

Când aceste tipuri de Ethernet au fost pentru prima oară implementate, o bandă de 10Mbps era o cantitate enormă. Este ca şi când aţi avea o conexiune Gigabit Ethernet pentru PC-ul vostru. Cu timpul însă, performanţa acestor reţele a început să se degradeze. Au început să se dezvolte multe aplicaţii care să profite din plin de banda de 10Mbps şi mult mai multe PC-uri şi device-uri au fost conectate. Traficul a crescut aşa că şi numărul coliziunilor a devenit mare, întregi reţele congestionîndu-se.

Bridge-urile au rezolvat această problemă a congestionării reţelelor Ethernet. Întâi au micşorat numărul coliziunilor într-o reţea. Deasemenea au crescut banda(bandwidth-ul). Privind figura de mai sus şi cea de mai jos vă puteţi da seama ce a adus nou bridge-ul într-o reţea. Se observă cum bridge-ul creează două domenii diferite de coliziune, două seturi de device-uri diferite ale căror frame-uri se pot “ciocni”.

Frame-urile trimise de PC1 se pot “ciocni” cu cele trimise de PC2, dar nu cu cele trimise de PC3 sau PC4. Acum cred că vă este clar în ce mod este redus numărul de coliziuni de către un bridge(switch) într-o reţea.

Bridge-urile forwardează frame-urile atunci când este necesar după următoarea logică:

1. “Învaţă” adresele MAC examinînd adresa MAC sursă a fiecărui frame primit de către bridge.

2. Decide când să trimită mai departe un frame şi când să îl filtreze(să nu îl trimită) bazîndu-se pe adresa MAC destinaţie.

3. Creează un environment fără loop-uri(adică bucle repetitive) împreună cu alte bridge-uri utilizînd Spanning Tree Protocol.

Şi acum să revenim la switch-uri. Ce sunt switch-urile? Păi sunt nişte device-uri care se comportă exact la fel ca nişte bridge-uri numai că au mai multe porturi. Switch-urile forwardează şi filtrează frame-urile exact ca şi bridge-urile. De exemplu dacă am dori să împărţim o reţea în 100 de segmente diferite sau domenii de coliziune am folosi un switch cu 100 de porturi…şi pe deasupra am avea 100 de segmente cu banda de 10 Mbps asta dacă nu folosim Fast Ethernet sau Gigabit Ethernet. O vorbă din Cisco spune că “switch-urile sunt bridge-uri pe steroizi”:-) .

Haideţi totuşi să înşirăm mai jos logica folosită de un switch sau un bridge în forwardarea unui frame.

1. Un frame este primit.

2. Dacă adresa destinaţie este broadcast sau multicast, frame-ul se forwardează pe toate porturile mai puţin pe cel de pe care a venit.

3.Dacă adresa destinaţie este unicast şi nu se află în tabela cu adrese a switchului, frame-ul se forwardează pe toate porturile mai puţin pe cel de pe care a venit.

4.Dacă destinaţia este unicast şi se află în tabela cu adrese, şi este asociată cu o interfaţă diferită de cea de pe care a venit, frame-ul se forwardează pe portul corect.

5. Dacă niciuna dintre variantele de mai sus nu se întâmplă, frame-ul este filtrat(nu este trimis).

Să vorbim puţin şi despre full-duplex Ethernet. Pe scurt, când un port al unui switch are ataşat doar un device, nicio coliziune nu se poate produce pentru că există doar un singur device. Aşadar acel device opreşte logica loopback a NIC-ului său, fiind capabil astfel să trimită şi să primească frmae-uri în acelaşi timp. Dar dacă un hub cu mai multe device-uri este conectat la un port, coliziunile pot avea loc, astfel acel port din switch funcţionînd in regim de half-duplex.

Procese interne în switch-urile Cisco

Switch-urile folosesc câteva tipuri diferite de procesare a frame-urilor primite. Unele dintre ele folosesc metoda “store-and-forward”. Întregul frame primit nu este trimis mai departe până când ultimul bit din frame-ul respectiv nu ajunge în switch. Adică mai pe româneşte, switch-ul aşteaptă mai întâi să primească întregul frame şi dup aceea îl trimite mai departe.

Mai există de asemenea două procese diferite folosite de către switchuri, “cut-through” şi “fragment-free”. Cu store-and-forward switchul trebuie să aştepte ca întreg frame-ul să fie primit. Totuşi, din cauză că logica forward/filtering se bazează pe adresa destinaţie, care se află în interiorul header-ului, switchul poate să ia hotărârea corectă fără să mai aştepte ca întregul frame să fie primit în totalitate. Folosind procesul “cut-through” switchul începe să transmită frame-ul o dată ce a putut citi adresa MAC destinaţie, rezultînd un latency mai mic. Pe deoparte această metodă reduce latency-ul dar pe de altă parte apar mai multe erori, deoarece FCS-ul aflîndu-se în trailerul frame-ului switchul nu află că există bitsi eronaţi doar foarte târziu.

Procesarea “fragment-free” funcţionează la fel ca cea “cut-through”, dar încearcă să reducă numărul de erori. Aşteaptă să primească primii 64 bytes din frame(un fapt interesant din logica CSMA-CD este că, coliziunile se pot detecta după primii 64 bytes) şi de abia apoi trimite frame-ul mai departe dacă nu există erori.

Viteza şi autonegocierea

Autonegocierea Ethernet foloseşte un proces prin care un NIC(placă de reţea) împreună cu un switch determină împreună cea mai bună combinaţie de paramatri la care să funcţioneze acel link particular. Pentru a suporta autonegocierea, switchul şi NIC-ul trebuie să aibă multiple speeds şi suporte ambele half şi full duplex. De exemplu, o placă de reţea 10/100 conectată la un switch poate negocia să folosească 100Mbps în full-duplex. Dacă următorul port din switch este conectat la o placă de reţea de 10 Mbps care nici nu suportă autonegocierea, switchul va folosi 10 Mbps în half-duplex.

Totuşi mulţi recomandă ca, configurarea acestor parametrii pe un switch să se facă manual, mai ales dacă la respectivele porturi sunt conectate servere, switchuri sau routere.

Cam atât despre logica folosită de switch-uri în forwardingul sau filteringul de frame-uri (s-ar fi putut spune infinit mai multe despre acest subiect dar am încercat să mă limitez şi să vorbim despre lucrurile de bază). Peste o săptămână voi reveni din concediu cu un material despre segmentarea unui LAN, domenii de coliziune şi de broadcast, plus un material cu primul nostru exemplu de configurare a unui switch.

Vă salut!

Layerul 1 OSI, numit şi physical layer, defineşte modul în care informaţia circulă de la un device la celălalt. Pur şi simplu Layer 1 ”trimite bits”, sau defineşte standardul de cablare. Toate aceste amănunte fizice, că doar de aia se numeşte Physical Layer, ţin de acest nivel, ele ducînd la transmisia bits-ilor de la un device la altul. Nu o să mă opresc prea mult asupra acestui layer, pentru că mă gândesc că este destul de intuitiv ce se întâmplă la acest ”etaj”.

Layerul 2 OSI în schimb este ceva important despre care trebuie să vorbim. Defineşte standardele şi protocoalele folosite la controlul transmisiei datelor într-o reţea. Dacă ne gândim la Layer 1 ca şi ”trimiterea de bits”, la Data Link Layer putem să ne gândim ca la acel ceva ce controlează momentul când putem trimite bits, acel ceva care detectează erori ale transmisiei bits-ilor şi a calculatorului destinatar.

Majoritatea protocoalelor Data Link au următoarele funţii:

- funcţia de arbitrare (Arbitration): determină când este timpul potrivit să folosim mediul fizic al reţelei, cu alte cuvinte (cele ale lui Moromote ) când putem transmite date pe cablu.

- funcţia de addressing: se asigură că informaţia o primeşte doar destinatarul potrivit

- funcţia de detectare a erorilor: află daca datele a ajuns cu bine la destinaţie

- funcţia de identificare a datelor encapsulate: determină tipul de header ce urmează header-ului layerului data link.

Voi dezvolta acum funcţia de addressing. Protocoalele layerului data link definesc adresele din cauza unui motiv întemeiat. Majoritatea reţelelor au mai mult de două host-uri. Deci, avem nevoie să fim siguri că, computerul corect primeste datele corespunzătoare, şi nu altul. Prin plasarea adresei corecte în headerul data link suntem siguri că destinatarul potrivit va primi ce trebuie.

Fiecare protocol data link are structura sa de adrese (addressing strucuture). Ethernet-ul de exemplu foloseşte MAC-ul (Media Access Control). Cred că aţi auzit cu toţii de adresa MAC. Are 6 bytes şi se reprezintă prin 12 numere hexadecimale. Apoi…Frame Relay-ul foloseşte o adresă de 10 bits, numită DLCI (Data-Link Connection Identifier).

Urmează funcţia de detectare a erorilor (error detection). Cum credeţi că rezolvă protocoalele data-link această chestiune? Hmm…foarte simplu. Haideţi să ne gândim. Să presupunem că plecăm în excursie spre Franţa şi în vamă la ieşire din ţară suntem număraţi. La intrare în Franţa, tot în vamă, suntem din nou număraţi…În mod normal ar trebui să avem acelaşi rezultat. Dacă nu este acelaşi număr autorităţile din Franţa le sună pe cele din România şi le anunţă că ceva s-a întâmplat. Cam aşa se întâmplă şi în networking la nivelul Data Link cu funcţia de detectare a erorilor. Numai că ”număratul” aici se cheamă FCS (frame check sequence) sau CRC(cyclical redundancy check). Este o valoare obţinută prin aplicarea unei anumite formule datelor din frame. Formula se aplică frame-ului la plecare şi încă o dată la destinaţie. Dacă valorile diferă, există erori în transmisie. Simplu şi logic…nu? Detectarea erorilor la acest nivel nu presupune şi recovery, de acest lucru se ocupă de exemplu protocolul TCP. Dar despre TCP vom vorbi altă dată.

Şi cel mai important lucru pe care trebuie să îl reţineţi despre layerul 2 este că la acest nivel lucrează switch-urile şi hub-urile. Când spun că lucrează, mă refer la faptul că switchingul de pachete se face în funcţie de adresa MAC. Bineînţeles switchurile lucrează şi la nivelul 3 OSI, dar intrăm deja în zona routingului şi nu vreau….încă. Hub-urile fac deja parte din programul ”Rabla” al Guvernului României.

Următorul material în categoria Networking va fi despre encapsularea datelor, Layerul 3 OSI(Network) şi o privire de ansamblu a întregului model OSI.

Până atunci vă salut…şi ţineţi aproape.