Concentradores y conmutadores - Área de Ingeniería Telemática

REDES DE ORDENADORES
Área de Ingeniería Telemática, Departamento de Automática y Computación
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PRÁCTICA 1:
Concentradores y conmutadores
1.0
Introducción
En la presente práctica vamos a utilizar el simulador OPNET para familiarizarnos
con el funcionamiento de dispositivos de interconexión básicos como los
concentradores (hubs) y los conmutadores (switches).
Para ello vamos a diseñar una pequeña red de oficina con 15 máquinas utilizando
equipamiento con tecnología de red Ethernet. Con nuestro estudio comprobaremos las
ventajas de los conmutadores frente a los hubs, y el modo de funcionamiento de cada
uno.
1.1
PRÁCTICA 1.1: Escenario Hubs-Switch
1.1.1 Enunciado
Vamos a crear un proyecto en OPNET para modelar una red de oficina formada
por 15 máquinas y utilizaremos la paleta de objetos ethernet. Para este primer escenario
tomaremos la configuración que aparece en la siguiente figura:
Figura 1
1
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Para generar un modelo de red, primero debemos crear un nuevo proyecto y los
escenarios necesarios. Un proyecto es un grupo de escenarios relacionados, cada uno de
los cuales analiza un aspecto diferente de nuestra red. Cada proyecto puede contener
múltiples escenarios.
Una vez que generemos un nuevo proyecto, se utilizará el asistente para crear cada uno
de los escenarios. El asistente nos permite:
Definir la topología inicial de la red.
Definir la escala y el tamaño de la red: elegimos “Office”.
Seleccionar un mapa de fondo para la red.
Asociar una paleta de herramientas con el escenario.
El asistente aparece automáticamente cada vez que generamos un nuevo proyecto y las
opciones que debemos seleccionar son las siguientes:
1. Seleccionar File > New.
2. Seleccionar la opción Project en el menú desplegable.
3. Asignar nombre al proyecto y al escenario. Como nombre del proyecto podemos
seleccionar “Práctica 1” y como nombre del escenario “Escenario Hubs-Switch”.
4. Hacer click en OK.
En este momento se abre el asistente y dentro del mismo debemos introducir los
siguientes valores en las sucesivas ventanas que aparecen:
1. Topología inicial: Seleccionamos el valor por defecto “Create empty
scenario”.
2. Escala de la red: Seleccionamos la opción “Office”. Debemos seleccionar la
opción “Use metric units”.
3. Tamaño: Seleccionamos el valor por defecto: 100 m x 100m.
4. Tecnología: Incluimos la familia de modelos Sm_Int_Model_List.
5. Revisar las opciones seleccionadas y finalmente hacer click en “Finish”.
Nuestro modelo de red utiliza los siguientes elementos de red:
nodo_0 ... nodo_14: objeto ethernet_station. Modificar los atributos
convenientemente para que:
Las estaciones transmitan continuamente desde los 5 segundos de
comienzo de la simulación.
El tamaño de todos los paquetes sea de 1500 bytes.
La tasa media generada por estación sea de 600 Kbps siguiendo una
distribución exponencial.
Hub1 y Hub2: objeto ethernet16_hub. El Hub1 tiene 8 máquinas conectadas.
El resto de máquinas se conectan a Hub2.
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Conmutador
switch (objeto
concentradores entre sí.
ethernet16_switch)
que
unirá
ambos
enlaces: objeto 10BaseT
El modelo ethernet_station genera tráfico según la distribución escogida con
destino cualquiera de las otras máquinas del mismo tipo que se encuentren en el
escenario de manera aleatoria por cada paquete.
Grafique y estudie los parámetros de retardo extremo a extremo promedio de
todas las máquinas de la red, tráfico total recibido, tráfico total transmitido y colisiones
por máquina de esta configuración de red en función del tiempo para una simulación de
30 sg de tiempo de simulación. Para graficar dichos parámetros, active el menú
contextual del editor de proyectos (botón derecho del ratón) y seleccione la opción
“Choose DES statistics”. Los parámetros que deben seleccionarse son:
•
•
•
•
Retardo extremo a extremo: “Choose individual DES statistics>
Global Statistics> Ethernet> Delay (sec)”
Tráfico total recibido: “Choose individual DES statistics> Global
Statistics> Traffic Sink> Traffic Received (bits/sec)”
Tráfico total transmitido: “Choose individual DES statistics> Global
Statistics> Traffic Source> Traffic Sent (bits/sec)”
Colisiones por máquina: “Choose individual DES statistics> Node
Statistics> Ethernet> Collision Count”
En el menú de contexto (botón derecho del ratón) del editor de proyectos
también podemos activar la opción “Record Animation” para que guarde la traza de
paquetes generados durante la simulación. Si se simula de nuevo, podremos ver la
animación con el menú “DES> Play Animation”. En ella, los paquetes se numeran
secuencialmente y se marcan con una raya amarilla. Si el paquete sufre colisión se rodea
con un cuadrado azul en el tramo de llegada al nodo destino. Un número rojo entre
paréntesis indica el identificador de paquete para enlaces muy cortos en los que no se
puede dibujar las marcas normales. Observar qué hacen los hub’s y el switch con cada
paquete que recibe.
1.1.2 Cuestiones
1- El hub2 tiene menos colisiones ¿Por qué?
2- ¿Se consigue transmitir todos los paquetes generados? ¿Por qué?
3- El nivel MAC Ethernet ¿Realiza retransmisiones? Observar el log del simulador en
el menú “DES > Open DES log”.
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4- Analice el tráfico recibido y reenviado por el switch ¿Por qué el tráfico reenviado es
aproximadamente la mitad del recibido (ignorar colisiones)? ¿Sabría calcular a
priori sin la simulación el valor aproximado de ambos valores?
5- Visualizar la animación de este escenario identificando la funcionalidad del switch.
1.2
PRÁCTICA 1.2: Escenario Switch
1.2.1 Enunciado
Vamos a crear un nuevo escenario en OPNET (Menú “Scenarios >New
para modelar una red de oficina formada por 15 máquinas y switch
central (objeto ethernet16_switch de la paleta Ethernet) tal y como se muestra en la
siguiente figura.
Scenario..”)
Figura 2
Compare los parámetros de retardo extremo a extremo promedio de todas las
máquinas de la red, tráfico total recibido, tráfico total transmitido y colisiones de esta
configuración de red con los del escenario “Hubs-Switch”. Considere 30 sg de tiempo
de simulación.
1.2.2 Cuestiones
1- ¿Cuántos puertos Ethernet tiene el Switch central?. Analice a qué puertos del Switch
están conectadas cada una de las máquinas. ¿Quedan puertos “libres”?.
2- ¿Coinciden ahora el tráfico recibido y reenviado por el switch? ¿Por qué?
3- ¿Existirán colisiones en este escenario?
4- ¿Posee el switch un contador de colisiones? ¿Por qué?
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5- ¿Mejora el retardo extremo a extremo de esta topología con respecto a la del
escenario “Hubs-Switch”?¿Por qué?
6- Aumente la tasa de transmisión por nodo a 6 Mbps y observe el tráfico total recibido
por segundo por todas las máquinas. ¿Qué ocurriría con la topología del escenario
“Hubs-Switch” ante la misma tasa de transmisión? Compruebe su suposición. Use
tiempos de simulación cortos del orden de 30 segundos.
1.3
PRÁCTICA 1.3: Escenario con estación Ethernet avanzada
1.3.1 Enunciado
Las estaciones ethernet_station utilizadas no poseen atributos básicos como la
dirección física o poder elegir el destino de los paquetes generados por una máquina.
Para tener estas funcionalidades tendremos que hacer uso del modelo
ethernet_station_adv que incluye nuevos atributos como:
Address: dirección física ethernet (MAC) en formato de número entero (no
sigue el convenio típico de representar cada byte de la dirección MAC en
hexadecimal separados por puntos). Por defecto tiene el valor de “Auto
Assigned” que quiere decir que el simulador asigna automáticamente las
direcciones en cada simulación.
Operational mode: Full Duplex o Half Duplex.
Highest Destination Address, Lowest Destination Address: los paquetes
creados por esta máquina irán dirigidos a las máquinas cuyas direcciones
físicas estén entre ambos valores superior e inferior ambos inclusive.
Duplique la topología del escenario “Switch”. Sustituya el modelo de nodo del
ethernet_station por el ethernet_station_adv en todas las máquinas. Fije la dirección
física del nodo_0 a una conocida y configure el nodo_0 para que no genere tráfico
durante la simulación. Tenga en cuenta que las direcciones físicas ethernet en OPNET
no se representan como habitualmente (Ej: 11:22:33:44:55:66) sino que únicamente
consisten en un número entero positivo. Finalmente configure todas las máquinas para
que envíen únicamente tráfico hacia este nodo_0 a una tasa de 60 Kbps.
Observe el tráfico total enviado y recibido por segundo, el tráfico recibido por el
nodo_0 y el retardo extremo a extremo promedio de todos los paquetes, tomando un
tiempo de simulación del orden de 30 sg.
1.3.2 Cuestiones
1- Si observa la animación podrá ver un intercambio de paquetes inicial que parten del
conmutador. Si observa los atributos del mismo observará que implementa un
protocolo especial llamado Rapid Spanning Tree Protocol que se utiliza para que
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conmutadores vecinos se pongan de acuerdo y se eviten ciclos al reenviar paquetes.
En nuestro caso con un sólo conmutador no haría falta su ejecución.
2- Si aumenta la tasa por nodo a 6 Mbps repita la simulación (reduzca el tiempo de
simulación a 15 segundos para que no se extienda mucho). Ahora el enlace con el
nodo_0 no es capaz de recibir todo el tráfico enviado hacia él. Compruébelo. ¿Qué
ocurre con el retardo? ¿Por qué?
1.4
PRÁCTICA 1.4: Equipos comerciales y tráfico IP
1.4.1 Enunciado
Vamos a definir a continuación un nuevo escenario formado por 3 conmutadores
CISCO 2948 (serie Catalyst) a cada uno de los cuales se conectan 24 máquinas del tipo
ethernet_wkstn. Este modelo de estación implementa la pila de protocolos TCP/IP.
Todos los enlaces son 100BaseT.
Podemos crear una paleta de objetos propia con los módulos que nos interesen.
En este caso: CS_2948G_ae48_ge2, ethernet_wkstn y 100BaseT. Para ello, desde el
botón “Configure Palette...” de la paleta actual, el botón “Clear” borrará todos los
objetos de la paleta actual y podremos añadir los objetos que nos interesen con los
botones “* Models”. Luego guardaremos la paleta con el nombre que queramos para su
futuro uso.
La topología final será la de la siguiente figura, conectando el switch1 con el
switch2 y el switch1 con el switch3.
Figura 3
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Para generar tráfico vamos a tener que crear demandas entre todo par de
estaciones. Fijarse que ahora tenemos máquinas con direcciones de nivel de red IP. Si se
seleccionan todas las estaciones y vamos al menú “Traffic> Create Traffic
Flows...” podemos seleccionar “Full Mesh” para que se cree tráfico entre todas las
estaciones seleccionadas (todas con todas) y en los campos restantes configurar la tasa
y paquetes generados por estación. Sobre la topología aparecerán líneas azules
representando el tráfico a generar entre cada par origen y destino. Podemos visualizar o
eliminar estas líneas desde el menú “View> Demand Objects”. Debemos también
seleccionar el instante de comienzo de estos flujos con el menú “Protocols> IP>
Demands> Configure Start Time...”.
Si se configuran todas las estaciones para generar un tráfico IP de 3 Mbps y 300
paq/s con todas las demás, analice el tráfico total recibido y la utilización de los enlaces
entre conmutadores. Analice también el retardo medio de todos los paquetes. Tome un
tiempo de simulación de alrededor de 30 segundos. Si la simulación se extiende por
mucho tiempo pararla manualmente y analizar los resultados obtenidos hasta ese
momento.
1.4.2 Cuestiones
1- Examine las características y puertos del conmutador CISCO 2948.
2- Estudie los cuellos de botella en la topología y proponga cambios que permitan
cursar más tráfico en esta red, sin cambiar los conmutadores. Verifique la ganancia
obtenida con los cambios propuestos mediante una simulación. ¿Se mejora el
retardo medio? ¿Por qué?
3- ¿Por qué podemos simular con las estaciones elegidas si no hemos configurado
ninguna dirección IP y hemos definido demandas de tráfico IP?
4- Elija un nodo de ethernet_wkstn en el switch2 y otro en el switch3. Seleccione
ambas estaciones ethernet_wkstn y cree un flujo de PING entre ellos mediante el
menú “Protocols> IP> Demands> Configure Ping Traffic on Selected
Nodes”. El PING ha de comenzar a los 3sg. Comprobar la diferencia de retardo
indicada por el PING en este escenario y en un escenario como el actual pero sin las
demandas de tráfico entre cada par de estaciones.
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1.5
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PRÁCTICA 1.5: VLAN (Virtual Local Area Networks)
1.5.1 Enunciado
La creación de una VLAN consiste en asignar un conjunto de puertos de un
equipo de red (conmutador) como pertenecientes a una LAN virtual concreta. Cada
VLAN se considera como una red lógica independiente.
Vamos a definir a continuación un nuevo escenario formado por 2 conmutadores
ethernet16_switch (Paleta Ehternet) colocando en dos de sus puertos 2 máquinas del
tipo ethernet_wkstn (Paleta Ethernet). Los enlaces de las máquinas al conmutador y de
los conmutadores entre sí son 10BaseT. Debe asegurarse de que las máquinas nodo_0 y
nodo_1 queden conectadas a los puertos 2 y 3 del Switch 1 respectivamente y de que las
máquinas nodo_2 y nodo_3 queden conectadas a los puertos 2 y 3 del Switch 2
respectivamente. Las conexiones de las máquinas a los diferentes puertos del
conmutador se controlan a través de las propiedades de los enlaces.
Figura 4
Lo primero que debe hacerse es configurar los conmutadores para que soporten
VLANs. Para ello seleccionamos en el menú contextual (botón derecho del ratón) el
parámetro “VLAN Parameters> Scheme: Port-Based VLAN”.
Definamos ahora las VLANs que soportará cada conmutador. Para ello
seleccionamos ambos nodos (pinche sobre un conmutador y a continuación despliegue
el menú contextual con el botón derecho para seleccionar la opción “Select similar
nodes”; de este modo seleccionará también el otro conmutador) y abrimos el menú
“Protocols > VLAN> Configure VLANs for Selected Nodes”. En el campo “VLAN
Identifier (VID)” debes colocar un entero entre 1 y 4094. Es necesario un VID
diferente para cada una de las VLANs. La VLAN con VID=1 es considerada la VLAN
‘default’. Define para cada uno de los Switch’s de la topología las VLANs 2 y 3.
Analiza en los atributos del comutador parámetros como Name, MTU, Status para cada
VLAN (“Attributes>VLAN Parameters >Supported VLANs”).
A continuación se asignarán diferentes puertos de un conmutador a las VLANs
creadas en el paso anterior. Para ello, dentro de cada conmutador debe seleccionarse el
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parámetro “Switch port configuration >VLAN Parameters”. Ahora asigno los
puertos 2 y 4 del conmutador a la VLAN 2 y los puertos 3 y 5 del conmutador a la
VLAN 3 seleccionando el VID correspondente a cada VLAN en los campos “Port
VLAN Identifier (PVID)” y “Supported VLANs”.
1.5.2 Cuestiones
1
¿A qué VLAN están asignados el resto de puertos del conmutador no asignados a
las VLANs 2 y 3?
2
Defina un tráfico de PING (ICMP Echo Request/Reply) entre las máquinas
conectadas al Switch1, usando la configuración de demandas. Para ello seleccione
los equipos nodo_0 y nodo_1 y pulsando el menú “Protocols> IP> Demands>
Configure Ping Traffic on Selected Nodes...”, se selecciona nodo_0 como
origen, se fija el comienzo a 5 segundos y se deja la configuración por defecto: 1
segundo entre paquetes, 5 paquetes y paquetes de 64 bytes.
Seleccione las estadísticas de paquetes IP enviados, “Choose individual DES
statistics> Node Statistics> Traffic Sent (packets/sec)” y recibidos
“Choose individual DES statistics> Node Statistics> Traffic
Received (packets/sec)”por segundo, tiempo de respuesta del ping “Choose
individual
DES
statistics>
Node
Statistics>
Ping
Response
Time(secs)”, y paquetes ping enviados “Choose individual DES statistics>
Node Statistics> Ping Requests Sent (packets)”y recibidos “Choose
individual DES statistics> Node Statistics> Ping Replies Received
(packets)”por cada nodo. Tome un tiempo de simulación de alrededor de 15
segundos.
¿Recibe el nodo_1 el tráfico PING?¿Por qué?. Modifique la configuración del
Switch1, para recibir respuesta del PING en la máquina nodo_1.
3
Defina un tráfico PING entre las máquinas nodo_0 y nodo_3. ¿Existe conectividad
entre las máquinas? ¿Por qué?
4
Defina un tráfico PING entre las máquinas nodo_0 y nodo_2. Asegúrese de que
ambos conmutadores están conectados a través su puerto 4. ¿Existe conectividad
entre las máquinas? ¿Por qué?
5
Defina un tráfico PING entre las máquinas nodo_1 y nodo_3. ¿Existe conectividad
entre las máquinas? ¿Por qué? Modifique la configuración de Switch1 y Switch2,
para recibir respuesta del PING en la máquina nodo_1.
6
Vuelva a asignar los puertos a los que están conectadas las máquinas nodo_1 y
nodo_3 a la VLAN 3. Active la opción “Switch port configuration >VLAN
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Parameters> Port
para un puerto cualquiera en ambos
conmutadores. Enlace los conmutadores a través de ese puerto. Incluya VLAN1,
VLAN 2 y VLAN 3 como soportadas para dicho puerto en los dos Switchs a través
del parámetro “Switch port configuration >VLAN Parameters> Supported
VLANs”¿Existe conectividad entre las máquinas?¿Por qué?.
type:
Trunk”
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