Um exemplo prático: o ambiente de testes do GTA

Introdução e objetivos

A figura 10 nos mostra o ambiente de testes desenvolvido no Grupo de Teleinformática e Automação. cujo principal objetivo é realizar experimentos com vídeo a múltiplas taxas e com qualidade de serviço (QoS - Quality of Service).

Figura 10 - O ambiente de testes do GTA

Inicialmente serão disponibilizados os serviços de transmissão de vídeo armazenado e "estação de TV" (ao vivo).

Como pode ser visto, foram implementadas quatro VLANs. O intuito desta configuração é limitar a área de testes, segmentando a rede para que não haja prejuízo das atividades normais do grupo, e facilitar a medição e a identificação do tráfego que circula pelos segmentos.

Infra-estrutura

O ambiente de destes é composto por um servidor de vídeo (Pentium III Xeon - Dual Processor), um gerador de tráfego, cujo papel é simular ambientes congestionados, dois roteadores, um de borda e outro de núcleo, responsáveis pela implementação dos mecanismos de Qos (Qualidade de Serviço), um receptor de tráfego, onde serão realizadas as medições, e os clientes de vídeo, que são máquinas usadas no dia-a-dia pelos alunos do laboratório.

Todas as estações estão ligadas a um comutador camada 2 (switch layer 2) modelo Summit24e2 da Extreme Networks. Ele possui ao todo 26 portas, sendo 24 portas Ethernet 10/100 e 2 portas Gigabit Ethernet. Támbem possui suporte ao padrão IEEE 802.1Q. As características do switch serão mais aprofundadas adiante.

O servidor de vídeo ainda dispoõe de duas câmeras de vídeo e uma placa de captura. Todas as estações utilizam o sistema operacional Linux RedHat (versões superiores a 7.1). As ferramntas utilizadas para transmissão e recepção de vídeo são gratuitas.

Implementação de VLANs IEEE 802.1Q para Linux

As versões mais novas do kernel (a partir da 2.4) já vêm com suporte a VLANs IEEE 802.1Q. Para isto é necessário habilitar algumas opções e recompilar o kernel.

Use, por exemplo, o comando make xconfig para selecionar as opções do kernel.

As opções relacionadas ao IEEE 802.1Q são encontrados dentro do menu "opções de rede" (Networking options). Caso a opcão não esteja em destaque, confirme se a opção "Experimental Drivers" foi selecionada em um dos primeiros menus do xconfig.

Depois que o kernel for compilado, instalado e estiver funcionando pode-se utilizar o programa vconfig, disponível em http://www.candelatech.com/~greear/vlan.html, para criar e destruir dispositivos VLAN. Mais detalhes e exemplos podem ser encontrados na página citada anteriormente.

Características do comutador Summit24e2

O comutador implementa tanto VLANs 802.1Q quanto uma implementação própria baseada em portas (versão simplificada do IEEE 802.1Q).

No nosso caso estamos interessado apenas na primeira situação, já que na segunda, uma porta só pode pertencer a uma única VLAN.

Internamente, o comutador possui um rótulo de identificação para cada porta, chamado de PVID (Port VLAN ID) como visto anteriormente. Ele é utilizado no encaminhamento de quadros tanto em VLANs 802.1Q baseadas emportas, quanto em endereços MAC. Caso o comutador não possui nenhuma VLAN definida, todas possuem PVID=1, valor padrão.

Um quadro recebido em uma dada porta é associado ao PVID desta e, então, é é encaminhado para a porta correspondente ao seu endereço de destino, encontrado na tabela de encaminhamento do switch. Caso o PVID da porta onde o quadro foi recebido seja diferente do identificador da porta na qual ele está transmitindo, este quadro é descartado pelo comutador.

Internamente ao switch, diferente identificadores de porta significam diferentes VLANs, por isso a identificação de redes virtuais baseada em PVIDs não podem criar VLANs que se extendam para fora de uma dado comutador.

Quadros sem rótulo são associados ao identificador da porta onde foram recebidos. As decisões de encaminhamento são baseadas neste PVID desde que as VLANs se relacionem.

O encaminhamento de quadros com rótulo é feito de acordo com o VID (VLAN ID) contido em seus cabeçalhos. Quadros deste tipo também são associados a PVIDs, mas estes identificadores não são utilizados nas decisões e encaminhamento, como é o VID.

Comutadores com suporte ao IEEE 802.1Q, tem de possuir uma tabela relacionando os PVIDs, internos ao switch, com os VIDs na rede.

O comutador irá comparar o identificador VLAN de um quadro a ser transmitido com o VID da porta que irá realizar a transmissão. Caso os dois sejam diferentes, o quadro será descartado. Devido a existência o identificador de porta (PVID),  é possível a coexistência de dispositivos com e sem suporte a VLANs 802.1Q numa mesma rede.

Uma porta de um comutador pode ter apenas um PVID, mas pode ter quantos VIDs forem possíveis armazenar em uma tabela de VLANs, localizada na mémoria do switch.

Configurando VLANs utilizando o comutador Summit24e2

O acesso ao menu de configuração do comutador é feito remotamente. Para acessar os menus de configuração de VLANs basta selecionar a opção "VLANs" na tela principal, em em seguida "Edit VLANs".

Figura 11 - O menu de edição de VLANs

Para criar uma nova VLAN ou modificar uma existente é necessário determinar os campos ação, nome, tipo (1Q ou port-based), VID (identificador) e o grupo de membros pertencentes no menu da figura. 11.

O identificador 1 (VID=1) é reservado pelo comutador é o padrão para uso interno. O comutador já vem da fábrica com todas a portas designadas como membros da "VLAN default". Conforme novas VLANs são configuradas seus respectivos membros são removidos da VLAN padrão.

Os membros de uma VLAN podem ser determinados individualmente para cada porta, cujo status pode ser U (untagged), T (tagged) ou - (not member).

Quando o estado de uma porta é U, significa que ela é um membro estático da VLAN sem rótulo. Ou seja, quando um quadro sem rótulo é transmitido pela porta, seu cabeçalho permanece inalterado. Quando um quadro com rótulo sai da porta, o seu rótulo é retirado e o quadro passa a ser "sem rótulo".

O estado T, especifica a porta como um membro com rótulo da VLAN. Quando um quadro sem rótulo é transmitido pela porta, o seu cabeçalho é modificado. Inclui-se um rótulo de 32 bits associado ao PVID (identificador VLAN de porta). Quando um quadro com rótulo deixa a porta, o cabeçalho do pacote não é modificado.

Já o estado - indica que a porta ainda não faz parte da VLAN, mas pode se tornar um mebro dinamicamente.

Vale lembrar que dispositivos sem suporte ao padrão IEEE 802.1Q devem estar conectados a portas U, enquanto os que suportam em portas T.

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