Objetivos:

• Criar uma pequena LAN
• Investigar as comunicações em uma LAN

Em uma rede local (LAN), os equipamentos finais parecem todos compartilhar o meio de comunicação. Por equipamentos finais entendem-se computadores, impressoras, servidores, e quaisquer outros dispositivos que sejam origem ou destino de dados. A comunicação entre esses equipamentos é direta,  sem a necessidade de roteamento.

Em LANs atuais, os equipamentos finais são interligados por equipamentos denominados switches (comutadores), como explicado no material didático. Esses switches operam de forma transparente, o que significa que os equipamentos finais não percebem que eles existem.

Os experimentos que faremos a seguir buscam mostrar a estrutura básica de uma LAN, incluindo o uso de um ou mais switches. Além disso, investigaremos as comunicações entre os equipamentos finais, para revelar as informações contidas nas mensagens entre eles trocadas.

Parte 1: criando uma LAN básica

Para iniciar, criaremos uma pequena LAN. Vocês notarão que ela é mujito mais simples do que as redes implantadas na Unidade. Aqui nos concentraremos na estrutura da LAN, e não em subredes ou roteamento.

A LAN mostrada a seguir se compõe de quatro equipamentos finais: dois computadores, um servidor e uma impressora. Eles estão interligados por meio de um switch ethernet. Usando o Packet Tracer, crie uma rede igual a esta.

O switch é um equipamento de interligação que possui um certo número de portas (ou interfaces). Cada equipamento final é conectado a uma porta do switch por meio de um cabo TP. O Packet Tracer dá uma ideia de como é o switch simulado, pois ele mostra uma imagem desse switch se você clicar sobre ele, e observar a aba Physical. Veja como aparece a imagem do switch real simulado:

Essa figura revela um switch com 24 portas ethernet. Cada porta é numerada, sendo mostrado no painel do switch os números das portas (as partes em amarelo na imagem). Do ponto de vista de configuração desse switch em particular, as portas são denominadas FastEthernet/0/1, FastEthernet/0/2, ..., até FastEthernet/0/24. Todas as portas são equivalentes, então tanto faz a porta em que um equipamento final será conectado.

Para testar a comunicação nessa LAN, precisamos de alguma forma de gerar mensagens. O jeito mais fácil é criar uma subrede que inclua os equipamentos finais, e usar o programa ping. Por isso, nessa LAN foi definida a subrede 10.0.0.0/24 para esse teste. Você pode verificar a comunicação entre os computadores, servidor e impressora usando então o programa ping. Até aqui, nada de muito especial em relação ao que foi visto, certo ?

Agora acrescente um switch a essa rede, que deve ficar assim:

Repita o teste de comunicação ... nada deve ter mudado em relação ao teste anterior. Você pode até radicalizar o experimento, e colocar um switch para cada equipamento (meio sem sentido, mas vale para entender a LAN), como nesta figura:

Isso serve apenas para mostrar que podem-se usar muitos switches para criar uma LAN, e eles podem ser interligados como se achar melhor. O interessante é que, em LANs simples como essas, nenhuma configuração é necessária nos switches.

Parte 2: investigando as comunicações na LAN

As comunicações em uma LAN ethernet são feitas de acordo com a tecnologia IEEE 802.3, como explicado nas seções 1.2 e 1.3 do material didático. Isso significa que a unidade de transmissão nesse tipo de rede é o quadro IEEE 802.3 (chamado também de quadro ethernet), sendo quadro o nome que se dá à mensagem ou pacote nessa tecnologia. Vamos observar então como se parecem esses quadros, e que informações eles contêm.

A rede que usaremos para essa investigação está mostrada nesta figura. Ela possui um elemento novo chamado sniffer (farejador, em tradução livre), que captura e revela os quadros que por ele trafegam.

Para facilitar, você pode obter este arquivo de simulação dessa rede.

O experimento é bem rápido:

1. No Sniffer, selecione a aba GUI e deixe-a aberta.
2. No PC0, faça um ping para o PC1
3. Observe os quadros capturados no Sniffer. Você pode clicar neles para observar suas estruturas internas.

Interprete os quadros capturados, procurando identificar as informações de seus cabeçalhos de acordo com a seção sobre Protocolo MAC da seção 1.2 do material didático. Em especial, observe o seguinte:

1. Endereço MAC de origem: este endereço identifica quem transmitiu o quadro. Compare-o com o endereço MAC da interface FastEthernet0 do PC0
   
2. Endereço MAC de destino: este endereço identifica a quem se destina o quadro. Compare-o com o endereço MAC da interface FastEthernet0 do PC1
3. O tipo do quadro (type): essa informação identifica o conteúdo transportado pelo quadro.
4. O conteúdo do quadro: veja que dados estão encapsulados no quadro ...

Esse pequeno experimento deve ter ajudado a esclarecer como os equipamentos finais se identificam e se comunicam em uma LAN, uma vez que, para eles, parece que compartilham o meio de comunicação.

Parte 3: comunicação na sua LAN residencial

Neste último experimento, vocês devem investigar a estrutura e as comunicações em uma LAN a qual têm acesso. Pode ser a LAN de suas residências, caso possuam computadores ou laptops conectados à rede cabeada. Se não tiverem acesso a uma LAN cabeada, vejam a gravação do experimento que faremos em conjunto.

Na LAN que estiver usado, identifique o seguinte. Você deve explorar suas interfaces de gerenciamento, caso disponíveis. No caso de computadores, seja com Linux, Windows, ou MacOS, procure essas informações no status de rede desses sistemas operacionais.

1. Quais são os equipamentos finais de sua rede ?
2. Como esses equipamentos estão interligados ? Existe um switch, ou algum outro dispositivo que os conecte ?
3. Qual a taxa de dados (bitrate) disponível para cada equipamento final ?
   
4. Quais os endereços MAC desses equipamentos ? É possível identificar seus fabricantes, a partir desses endereços ?

Uma vez entendida a estrutura de sua rede, observe as comunicações que nela ocorrem. Para isso, será necessário executar em um computador um programa capaz de capturar pacotes e interpretá-los. Em sistemas Linux, MacOS e Windows pode-se usar o Wireshark. Execute-o e ative a captura na interface de rede ethernet. Feito isso, observe o seguinte:

1. Selecione algum pacote capturado. Identifique a estrutura do quadro Ethernet dessa captura, observando os valores dos campos de seus cabeçalhos (endereços MAC de origem e destino, tipo de conteúdo).
2. Procure quadros que possuam endereço MAC de destino com este valor: FF:FF:FF:FF:FF:FF. Esse é um endereço de broadcast ethernet, e significa que todos os equipamentos finais que o receberem devem processá-lo. Procure identificar que informações esses quadros transportam.
   
3. No seu computador, faça ping para alguns diferentes destinos da Internet (ex: www.google.com, www.ifsc.edu.br, www.windy.com, ...). Em seguida:
1.  Observe no wireshark os pacotes capturados correspondentes a essas comunicações do ping ... elas são mensagens do tipo ICMP echo request.
2. Compare os endereços MAC de ddestino dos quadros que contêm essas mensagens ICMP echo request ... o que esses endereços têm de especial ? Como você explica esses endereços  MAC ?