Lucrarea 5

Dispozitive de reea: hub, switch, router

1. Obiective

nelegerea principiilor de funcionare ale huburilor, switchurilor i routerelor configurarea conexiunilor ntr-o reea, cu ajutorul dispozitivelor de reea mai sus menionate

2. Dispozitive de reea de nivel fizic Cele mai simple dispozitive de reea folosite n Ethernet au fost repetoarele. Deoarece la nivelul

fizic nu are sens noiunea de "date", sau cea de "cadru", repetoarele "vd" doar un semnal electric

care corespunde unei anumite secvene de bii i realizeaz regenerarea (mbuntirea calitii)

acestuia. irul de bii generat de ctre o plac de reea respect o serie de reguli clare, prevzute de

ctre standarde. De exemplu, n reelele Ethernet, reprezentarea biilor are loc prin niveluri de

tensiune de 0.85 V. Degradarea calitii semnalului are loc att din cauza cablului (fiind i proporional cu lungimea acestuia), ct i din cauza dispozitivelor ataate la mediul de transmisie.

n acest context, principala funcie a unui repetor este aceea de a aduce semnalul electric la treptele

de semnalizare cerute. Repetoarele simple (cu un singur port) sunt dispozitive mai vechi folosite n

Ethernet, fiind la ora actual practic ieite din uz.

n reelele Ethernet, un pas important nainte, n ceea ce privete simplitatea de implementare

i mentenana reelei, l-a constituit introducerea huburilor. Practic, apariia huburilor este legat de

versiunea Ethernet 10BaseT, ce folosete drept mediu de transmisie fire torsadate, n locul cablului

coaxial. Dac reelele Ethernet din anii 90 erau predominant bazate pe o topologie de tip magistral

i foloseau drept mediu de transmisie cablul coaxial, lucrurile s-au schimbat odat cu introducerea

huburilor. Urmtoarea generaie Ethernet (anii 2000) a nceput s foloseasc din plin huburile, i

cabluri de tip UTP (Unshielded Twisted Pair). Cea mai bun metod de a descrie modalitatea de

funcionare a unui hub este prin asocierea sa cu un sinonim utilizat uneori pentru acest dispozitiv:

repetor multiport. Aadar, hubul primete un semnal pe la unul dintre porturile sale, i mbuntete

calitatea i l difuzeaz pe la toate celelalte porturi. Principala limitare a reelelor Ethernet o dau

coliziunile, care const n existena simultan pe cablu a dou semnale electrice corepunztoare unor

transmisii diferite. Din acest punct de vedere, introducerea huburilor nu mbuntete foarte mult

lucrurile fa de arhitectura clasic de tip magistral, deoarece oricare dou staii conectate prin

intermediul unuia sau mai multor huburi pot intra n coliziune. Acest lucru limiteaz numrul de

huburi care pot fi folosite ntr-o reea la 4 huburi (care s delimiteze 5 segmente) ntr-o reea de

10Mbps, respectiv la dou huburi (3 segmente) ntr-o reea Fast Ethernet. Totui, n practic, n

instalarea reelelor Fast Ethernet se prefer folosirea switchurilor.

Putem face afirmaia c, ntr-o reea pe baz de huburi, limea de band total disponibil

este "mprit" ntre toi utilizatorii conectai la hub. Astfel, ntr-o reea n care mai muli utilizatori

conectai ntrun hub fac simultan trafic, apare fenomenul de congestie, din cauza coliziunilor i

retransmisiilor inerente. Mai mult dect att, din cauza faptului c staiile trebuie s "asculte" cablul

pentru detectarea coliziunilor, ele nu pot s i transmit simultan, ceea ce nseamn c modul de

operare este semi-duplex. Totui, datorit folosirii huburilor, construcia reelei i mentenana

acestea este mai simpl (fa de magistrala Ethernet pe cablu coaxial), datorit efectului

"centralizator" al hubului: proasta funcionare a legturii dintre un hub i o staie nu va avea niciun

efect asupra celorlalte staii conectate n hub.

3. Dispozitive de nivel legtur de date Succesul comercial al reelelor Ethernet i are rdcinile i n folosirea switch-urilor (comutatoare

de reea). Cronologic, aceste comutatoare de reea au aprut nu la mult timp dup huburi. Faptul c acestea din urm au fost preferate totui pentru un lung interval de timp este pur i simplu datorat

preului lor mai mic. Odat cu scderea preurilor switch-urilor, acestea au nceput s domine piaa

dispozitivelor de reea, fiind preferate n majoritatea cazurilor folosirii huburilor.

Marea diferen dintre un switch i un hub este c switchul este capabil s filtreze pachetele.

Fiind un dispozitiv de nivel legtur de date, switch-ul este capabil s "analizeze" adresa destinaie a

unui pachet (este vorba despre adresa MAC, i nu despre adresa IP!), s consulte o tabel de

comutare stocat n memoria sa, i s comute pachetul doar pe la acel port al switch-ului unde acesta

consider c se gsete conectat calculatorul destinaie. Tabela de comutare a switch-ului nu trebuie

configurat manual de ctre un operator, ea fiind dinamic i auto-configurabil. Practic,

comutatorul "nva" cum sunt mapate adresele Ethernet pe porturile sale, pe msur ce primete

pachete.

Atunci cnd se folosete un switch, coliziunile sunt practic eliminate. Aceasta se ntmpl

deoarece utilizarea sa conduce la stabilirea unor legturi punct la punct ntre calculator i portul

switchului la care este conectat. Astfel, dac ne imaginm 4 calculatoare conectate ntr-un switch (A,

B, C i D), staia A poate s transmit spre staia B, i simultan staia C s transmit spre staia D,

fr a se pune problema existenei vreunei coliziuni. Datorit modului de operare al switch-urilor,

ele permit ca o staie s transmit i s recepioneze simultan, oferind astfel un suport pentru modul

de funcionare "full duplex" n reelele Ethernet. Se poate afirma c, n condiiile n care avem o

reea n care calculatoarele sunt legate ntre ele exclusiv prin switchuri, fiecare calculator va putea

beneficia de ntreaga lime de band a reelei.

Alte dispozitive de nivel legtur de date sunt punile. Exist mult mai multe asemnri dect deosebiri ntre acestea i comutatoarele de reea. n general se consider c punile sunt

folosite pentru a lega dou segmente de reea, iar switch-urile pot fi privite ca i nite puni cu mai

mult dect dou porturi. De asemenea, termenul de punte se folosete pentru dispozitive care sunt

capabile s lege ntre ele dou reele de tipuri diferite (de exemplu Token Ring i Ethernet), fiind

capabile s transfere traficul ntre cele dou reele.

4. Dispozitive de nivel reea Dispozitivele de reea despre care s-a discuat pn acum pot contribui la construirea unei reele

locale, sau la interconectarea ntre ele a mai multor reele locale. Dar integrarea acestora ntr-o "reea

de reele" de mult mai mari dimensiuni (de exemplu Internet) poate fi fcut doar prin intermediul

unor dispozitive care s dirijeze traficul ntre aceste reele. Aceste dispozitive se numesc routere.

Routerele pot fi privite ca i dispozitive de nivel reea, i, ntr-o reea TCP/IP, ele fac rutarea

traficului folosind adresele IP surs i destinaie ale pachetelor care trec prin ele. Aadar, routerele

reprezint dispozitive care sunt capabile s citeasc i interpreteze informaiile coninute n

headerul pachetelor IP, folosind aceste informaii, mpreun cu tabela de rutare configurat, pentru a

efectua dirijarea pachetelor ctre destinaie. Practic, un router nu va cunoate dect urmtorul nod

prin care pachetul trebuie expediat, adic adresa IP a urmtorului router pe care pachetul trebuie s l

parcurg pentru a ajunge la destinaie. Un exemplu de tabel de rutare este dat mai jos:

Kernel IP routing table

Destination Gateway Genmask Flags MSS Window irtt Iface

192.168.7.0 * 255.255.255.0 U 0 0 0 eth1

93.115.164.0 * 255.255.252.0 U 0 0 0 eth0

link-local * 255.255.0.0 U 0 0 0 eth0

loopback * 255.0.0.0 U 0 0 0 lo

default 93.115.164.1 0.0.0.0 UG 0 0 0 eth0 Fig.1: Exemplu de tabel de rutare.

Tabela din exemplu precedent corespunde unui gateway-router, implementat sub sistemul de

operare Linux. Este vorba despre un PC cu dou plci de reea (eth0 i eth1), una conectat n

reeaua local a laboratorului B712, iar cealalt la o reea extern (practic, la Internet). Din prima

linie a tabelei de rutare, reiese c toate pachetele care ajung dinspre exterior n router, avnd drept

adres destinaie o un IP de forma 192.168.7.x, vor trebui trimise pe placa de reea eth1. Conform

celei de a doua linii, toate pachetele care merg nspre reeaua cu adresa 93.115.164.0 (reeaua

corespunztoare Facultii ETc), vor fi trimise pe placa de reea eth0. O linie extrem de important

este ultima, care ne arat aa numita default route. Aceasta ne spune c, dac destinaia pachetului

care intr n router nu se regsete n niciuna din primele 4 linii, atunci urmtorul nod prin care va

trece pachetul este cel cu adresa IP 93.115.164.1.

n aplicaiile industriale, i n toate aplicaiile de mare capacitate, se folosesc mai degrab

routere dedicate dect PCuri cu mai multe plci de reea. Aceste routere arat ca nite cutii, sunt n

general extrem de scumpe (de ordinul miilor sau chiar zecilor de mii de euro), iar accesul la ele se

face de obicei fie prin navigare web http pe o adres de management cunoscut (fapt ce permite

folosirea unei interfee grafice), fie prin conectare telnet sau ssh pe un port serial al routerului (ceea

ce permite configurarea sa n linie de comand). n figura 2 se prezint, cu titlu de exemplu, un

astfel de router.

Fig. 2: Un exemplu de router de mare capacitate folosit n aplicaiile industriale.

Pentru utilizatorii casnici ai Internetului, crora furnizorul de servicii Internet le ofer o singur

conexiune i care doresc s se conecteze simultan cu mai multe calculatoare, exist routere dedicate

mult mai accesibile, cunoscute sub termenul comercial de home router. Aceste routere

ncorporeaz switch-uri cu mai multe porturi (de obicei 4 sau 8), oferind posibilitatea ca PC-urile

conectate n aceste porturi s formeze o reea local, conectat la rndul su la Internet. Un asemena

router va fi folosit i n cadrul acestui laborator. Pentru configurarea sa, exist posibilitatea accesrii

prin navigare web a unei interfee grafice. Aceast interfa este ilustrat n figura 3.

Fig. 3: Interfaa grafic de configurare a routerului din laboratorul B712.

5. Sarcini de ndeplinit de ctre studeni Pe prima mas a laboratorului se vor gsi trei dispozitive de reea: un hub, un swicth i un router.

Studenii vor fi mprii n trei grupuri de lucru, cte un grup pentru fiecare mas din laborator.

Cablurile de reea sunt de asemenea disponibile la aceeai mas. Plcile de reea care se folosesc

sunt cele situate n partea de sus a prii din spate a PC-urilor.

La nceputul lucrrii, fiecare grup va selecta cte un dispozitiv de reea, n urmtoarea ordine: grupul I va lucra cu un hub, grupul 2 va lucra cu un switch, iar grupul III cu un router.

Fiecare mas i va conecta calculatoarele ntr-o reea local. Adresele acestor reele vor fi:

192.168.1.0/24 (masa 1), 192.168.1.0/24 (masa 2), i 192.168.3.0/24 (masa 3). Ultimul octet,

care numeroteaz staiile va lua, n fiecare caz, valori de la 1 la 3. Pentru testarea conexiunii,

se va ncerca transmisia de comenzi ping de pe o staie pe cealalt. Dac reeaua local

implementat este valid

Studenii de la ultima mas vor conecta reeaua local format de ei la Internet, prin intermediul routerului. Pentru aceasta, ei vor seta corespunztor serverul DHCP ncorporat n

router, astfel nct s li se aloce adresele IP corespunztoare punctului anterior, sau vor

dezactiva acest server i vor recurge la o configurare static a adreselor lor IP. Partea de

WAN a routerului este deja configurat corespunztor, ea nemainecesitnd o configurare

suplimentar.

Dup finalizarea sarcinilor, studenii vor schimba dispozitivele de reea ntre ei i vor reface sarcinile descrise anterior.