Dispositivos de Interconexion de redes LAN En la creacion de interredes corporativas flexibles, es...

Dispositivos de Interconexion de redes LAN

En la creacion de interredes corporativas flexibles, es necesariofrecuentemente interconectar redes de area local (LAN) individuales, tanto localmente, como usando enlaces de datosde redes WAN para cubrir grandes distancias.

Entre los principales tipos de dispositivos de interconexion que son importantes en las redes corporativas actuales, ofreciendo comunicación entre segmentos de red de area local LAN, podemos nombrar a cinco:

• Repetidores• Concentradores (HUB)• Puentes• Conmutadores• Enrutadores

Dispositivos de Interconexion de redes LAN

En forma general se pueden diferenciar estos dispositivos desdeun punto de vista del modelo OSI, de acuerdo a la capa en que cadauno de ellos establece una conexión LAN-a-LAN.

• Repetidores : Nivel 1 OSI

• Bridge o puentes : Nivel 2

• Conmutadores : Nivel 2 y nivel 3

• Enrutadores: Nivel 3

Repetidores

Un repetidor permite construir un enlace de datos de redLAN que excede la longitud limite de un solo segmentode cable físico.

Un repetidor recibe una señal de un segmento de cable yla retransmite, con su intensidad original, hacia uno o massegmentos de cable.

El numero de repetidores que se pueden conectar en cascadaesta limitada generalmente por una tecnologia de red LANparticular.

Repetidores

Un dispositivo que hace la funcion de repetidor opera en lacapa fisica del modelo OSI y es TRANSPARENTE a todoslos protocolos que operan en las capas situadas por encimade la capa fisica.

Capa de Aplicación

Capa de Presentación

Capa de Sesión

Capa de Transporte

Capa de Red

Capa de Enlace de Datos

Capa Física

Sistema fuente

Repetidor

Medio de TransmisiónSegmento A

Medio de TransmisiónSegmento B

Función de repetidor

Capa de Aplicación


Capa de Sesión

Capa de Transporte

Capa de Red

Capa de Enlace de Datos

Capa Física

Sistema de destino

Repetidores

El uso de un repetidor entre dos segmentos de cable de redLAN requiere que se use el mismo protocolo de capa fisicapara el envio de las señales sobre todos los segmentos decable, aunque los cables sean de diferentes caracteristicas fisicas .

Los repetidores se usan para interconectar segmentos de cablessituados relativamente cerca entre si.

Los repetidores no se pueden usar para interconectar un enlace de datos de una red LAN con un enlace de datos de una red WAN.

Repetidores

Un repetidor puede ser diseñado para soportar diferentes tiposde cables de red LAN en la misma red de area local, en la medida que los protocolos de capa física sean compatiblesen todos los segmentos de cable

Repetidor

Segmento de cablecoaxial Ethernet

Segmentos de cable de par trenzado EthernetRepetidor

multipuerto

Segmento de cablecoaxial Ethernet

Concentradores (HUB)

Estos dispositivos permiten la interconexión de diferentesestaciones y segmentos de red.

Según su forma de trabajo los podemos subdividir en lossiguientes tipos:

•Concentrador Simple

•Concentradores estáticos configurables

•Concentradores dinámicos


• Concentrador simple

Un concentrador simple proporciona una sola conexióna un segmento de medio de transmisión primario y a un número de puertos, cada uno de los cuales puede estar conectado a una sola estación mediante una conexiónpunto a punto.

Segmento de cable coaxial

Concentrador simple

Panel de conexiones



Un concentrador simple permite que un grupo de dispositivospuedan ser conectados a un solo punto tal como un gabinete de interconexión.


Concentrador simple

Panel de conexiones



Un concentrador puede ser usado en una LAN convencionalpara crear una estructura estrella en la cual el concentrador seencuentra en el centro de la misma. Estos son usados usualmenteen redes que usan tecnología LAN convencional


Concentrador simple

Panel de conexiones


• Concentradores estáticos configurables

Este es un concentrador que permite que los segmentos decable que terminan en los puertos del concentrador sean interconectados de diferentes maneras, dependiendo del tipode configuración deseada.

Estos son usados frecuentemente en la tecnología convencionalde redes LAN para permitir que grupos de dispositivos seanconfigurados en diferentes grupos de trabajo.

Existen varios concentradores del tipo configurable, los cualesproporcionan diversas capacidades.



Existen tres propósitos principales para los que se usan estetipo de concentradores:

•Facilitar la realización de cambios de la configuración de redes LAN

• Incrementar el ancho de banda disponible para los equipos individuales dentro de la red LAN.

•Permitir el control del tráfico que fluye entre los grupos de trabajo dentro de la red LAN.



Un concentrador configurable permite generalmente que elconcentrador sea conectado a dos o más segmentos de medios de transmisión de red LAN primarios a través de un componente llamado panel de conexiones (backplane).

El panel de conexiones es usado para controlar la manera enque los sistemas conectados a los puertos del concentradorson conectados a los segmentos de cable unidos al panelde conexiones.



Existen tres tipos principales:

1.- Con módulo asignable;

2.- Con bancos de puertos asignables; y

3.- Con puertos asignables.


• Concentradores estáticos configurables con modulo asignable

Segmentos decable separados

Concentrador conmódulo asignable


Panel de conexiones

Panel de conexiones

Grupo de trabajo 2Grupo de trabajo 1


• Concentradores estáticos configurables con módulo asignable

En la figura, cada concentrador conecta su conjunto de puertos a uno de los segmentos de medio de transmisión de red LAN en su panel de conexiónes. Cuando una señal se recibe por un puerto, ella es retransmitida a todos los otros puertos del módulo y al segmento de medio de transmisión primario al cual los puertos del módulo están conectados.




Panel de conexiones

Panel de conexiones




Todos los dispositivos conectados al concentrador, y todos los dispositivos conectadosal segmento del medio de transmisión primario, forman un grupo de trabajo. Esto permiteaislar el trafico de un grupo de trabajo de otro grupo de trabajo




Panel de conexiones

Panel de conexiones




Las estaciones conectadas directamente a un concentrador pueden ser cambiadas a un grupo de trabajo diferente cambiando la conexión dentro del concentrador a otros segmentos de medio de transmisión.primario




Panel de conexiones

Panel de conexiones




La desventaja de este concentrador es que todos los dispositivos conectados directamente a los puertos del concentrador deben estar en el mismo grupo de trabajo, y todos, deben estar unidos al mismo segmento de medio de transmisión primario.




Panel de conexiones

Panel de conexiones




La idea de esta segmentación es evitar que la performance de un segmento baje debido al exceso de tráfico por existir una gran cantidad de dispositivos conectados a él, lo que puede generar que la capacidad de transmisión sea excedida.




Panel de conexiones

Panel de conexiones




Se pueden usar enrutadores o puentes para interconectar los segmentos de cable individuales entre sí, permitiendo que algún tipo de tráfico fluya de un segmento a otro en forma selectiva. Un enrutador proporciona una mayor aislación de tráfico que un Bridge.

Enrutador



Panel de conexiones

Panel de conexiones



• Concentradores estáticos asignables con asignación de bancos de puertos

En este equipo los puertos son divididos en bancos permitiendo que cada banco de puertos sea conectado a un segmento primario diferente. Esto ofrece mayor flexibilidad para la formación de grupos de trabajo.

Concentrador conbancos de puertos asignables

Panel de conexiones

Grupo de trabajo 2

Banco 1

Banco 2

Banco 3

Enrutador

Grupo de trabajo 3

Grupo de trabajo 1


Estos poseen paneles de conexión sofisticados que permiten que todos sus puertos sean asignados individualmente a segmentos primarios diferentes.

Concentrador conpuertos asignables

Panel de conexiones

Banco 1

Banco 2

Banco 3

Enrutador

• Concentradores estáticos asignables con asignación de bancos de puertos


• Observaciones

•La configuración de estos dispositivos es controlada físicamente a través de DIP Switches o uniones físicas (jumper), dentro del concentrador.

• En toros casos la configuración puede ser controlada a través de software de gestión de red.


• Concentradores Dinámicos

Estos son un alternativa a los concentradores estáticos, siendo capaces de cambiar la configuración automáticamente durantesu operación.

A estos se les llama generalmente conmutadores de red LAN (LAN Switches) o concentradores conmutadores. Estos sondiseñados para proporcionar la flexibilidad de conmutación asociada generalmente con las redes ATM que usan tecnolgíade transmisión LAN convencional.

Bridge o Puentes

Se usan típicamente en el ambiente de redes LAN convencionales para interconectar dos o más subredes LAN separadas.

En lo esencial un puente envía tramas de una subred LAN a otra. Algunos toman conocimiento de la dirección de las estaciones quese pueden alcanzar en cada subred de enlace de datos que ellos unen, de modo que pueden enviar selectivamente el tráfico que necesita cruzar a través del puente.

Bridge o Puentes

Este opera en la subcapa de Control de Acceso al Medio de lacapa de Enlace de Datos y es transparente al software que operaen las capas por encima de la subcapa de Control de Accesoal Medio.

Capa de Aplicación


Capa de Sesión

Capa de Transporte

Capa de Red

Capa deEnlace de Datos

Capa Física

Sistema fuente

Puente

Enlace de datos A Enlace de datos B

Capa Física (A)

Sistema de destino

Capa Física (B)

Subcapa MAC (A) Subcapa MAC (B)

Subcapa LLC

Capa de Aplicación


Capa de Sesión

Capa de Transporte

Capa de Red


Capa Física

Bridge o Puentes

Pueden interconectar redes que usan diferentes técnicas de TX y/o diferentes técnicas de control de acceso al medio.

Así, un puente puede ser usado para interconectar una LAN Ethernet que usa cable coaxial con una LAN Ethernet que usacable de pares trenzados.

Estos extienden la longitud efectiva de una red LAN, permitiendola conexión de estaciones que no pueden ser conectadas medianterepetidores.

Bridge o Puentes

Igualmente, un par de puentes con una red WAN como enlacede datos entre ellos, pueden ser usados para interconectar dos omás redes LAN en diferentes localidades geográficas.

Puente

Red EthernetRed Ethernet

(a)

(b)

Red Ethernet

Red ATM pública

Red Token RingPuente Puente

Bridge o Puentes

El mecanismo que usan se denomina generalmente facilidadde almacenamiento y reenvío, pues las tramas son almacenadastemporalmente y luego enviadas a una estación en alguna otrared LAN

Las redes interconectadas se consideran una sola subred. Para esto las direcciones de las estaciones en la subred debe ser única y deben usar el mismo formato de dirección de estación.

Otra forma de denominar las redes conectadas a través de puenteses como LAN extendidas.

Bridge o Puentes

Los puentes pueden hacer filtrado de tramas, determinando,basado en la dirección de destino de cada trama, si esta debeser transmitida o no a través del puente a cualquier otro enlaceal cual este conectado.

Esto lo hacen basados en cualquiera de los campos de la Capa 2.El filtrado puede ser programado para rechazar todas las tramasemitidas desde una red en particular. Debido a que la informaciónde la capa de Enlace de Datos incluye usualmente una referenciaa un protocolo de capa superior, los puentes pueden filtrar este parámetro.

Bridge o Puentes

Puentes locales y remotos

Puente

Red EthernetRed Ethernet

(a)

(b)

Red Ethernet

Red ATM pública

Red Token RingPuente Puente

Bridge o Puentes

Puentes locales:

Los puentes locales proporcionan una conexión directa entremúltiples segmentos de red LAN en la misma área.

Puentes remotos:

Los puentes remotos conectan múltiples segmentos de red LANen diferentes áreas, usualmente sobre redes portadoras quesuministren líneas de telecomunicaciones.

Bridge o Puentes

Puentes para redes homogéneas y heterogéneas:

Capa de Aplicación


Capa de Sesión

Capa de Transporte

Capa de Red


Capa Física

Host fuente

Puente

Medio físico de red IEEE 802.3 Medio físico de red IEEE 802.5

Host de destino

Capa de Aplicación


Capa de Sesión

Capa de Transporte

Capa de Red


Capa Física

Paquete

Paquete 802.3

Paquete 802.3

Paquete 802.5

Paquete 802.5

Subcapa LLC

Subcapa MAC

Capa Física

Bridge o Puentes

Puentes para redes homogéneas:

Algunos puentes son puentes de MAC. Estos establecen la uniónde puente entre redes homogéneas (por ejemplo, IEEE 802.3 eIEEE 802.3). Otros puentes pueden efectuar la traducción entrediferentes protocolos de capa de enlace de datos (por ejemplo, IEEE 802.3 e IEEE 802.5).

Estos puentes se denominan puentes traductores (translationbridge). Esto no siempre es posible dado que una subred podría nosoportar ciertos campos de trama y funciones de protocolos que si son soportados por la otra subred.

Bridge o Puentes

Algoritmos de enrutamiento.

• De camino único (spanning tree algorthm)

Con este algoritmo un puente toma conocimiento de las rutasapropiadas para enviar las tramas observando las transmisionesque tienen lugar en los enlaces de datos a los cuales el puenteestá conectado.

El algoritmo permite determinar una estructura de árbol que se usaluego en una red LAN extendida en la cual sólo un trayecto conectacualquier par de estaciones de ella. Si hay más de una ruta física entre las estaciones, sólo se usa el trayecto reflejado en la estructura de árbol

Bridge o Puentes

Algoritmos de enrutamiento.

• Enrutamiento controlado por el sistema fuente (source routing)

En este método se espera que cada estación conozca la ruta sobrela cuál enviar cada trama, y que incluya información de enrutamientocomo parte de la trama. Ellos usan la información de enrutamientopara determinar si deben enviar o no la trama.

Si una estación no conoce la ruta, la estación difunde tramas de descubrimiento de rutas (route discovery) sobre la LANextendida y luego usa las respuestas que recibe de vuelta para determinar la ruta apropiada a usar.

Bridge o Puentes

Puentes transparentes

Se denominan así debido a que su presencia y operación estransparente a los host de la red. Cuando estos son encendidos, ellos toman conocimiento de la topología de la red mediante elanálisis de la dirección de la fuente contenida en las tramasentrantes que provienen de todas las redes conectadas al puente.

15

17

12

13

18

9

14

1

1

2

2

1

1

3... ...Dirección de host

Número de red (puerto)

Bridge o Puentes

Puentes transparentes

Si el puente ve una trama que llega por la línea 1 desde el host A,este concluye que al host A se puede llegar a través de la red conectada a la línea 1. Mediante este proceso los puentes construyen la tabla mostrada en la figura.

15

17

12

13

18

9

14

1

1

2

2

1

1

3... ...

Dirección de hostNúmero de red

(puerto)

Bridge o Puentes

Reglas seguidas por los puentes transparentes

1.- Si la dirección de la fuente y el destino de la trama pertenecen a la misma red LAN, la trama es descartada.

2.- Si la dirección de la fuente y el destino pertenecen a redes distintas, la trama es enviada por el puerto del puente que señala la tabla de asociaciones dirección de destino-puerto

3.- Si la localización del destino es desconocida, la trama es derramada por los puertos del puente, excepto por el puerto entrante. Las emisiones de difusión (broadcast) y multi dirigidas (multicast) son derramadas también de este modo

Bridge o Puentes

Bucles

V, W, X, Y, Z : Redes LAND : Puerto designadoR : Puerto raíz

Red X

Red V

Red W

Red Z

Red Y

D

R

R R

R

10

20

20

20 10

1020

10

10

D

D

Puente 2

Puente 1

Puente 5

Puente 3 Puente 4

10

20 D

La duplicidad de rutas se resuelve mediante el uso de los algoritmos de enrutamiento

Bridge o Puentes

Formato de trama

Los puentes transparentes intercambian mensajes de Configuraciony mensajes de cambios de topologia: Los mensajes de configuracionson enviados entre puentes para establecer una topologia de red.

Los mensajes de cambio de topolgia son enviados despues que un cambio de topologia ha sido detectado, para indicar que el algoritmoSTA debe ser nuevamente aplicado.

Protocolidentifier Version Message

type Flags Root ID Root pathcost Bridge ID Port ID Message

ageMaximun

age Hello time Forwarddelay

Longitud del campo,en octetos

2 1 1 1 8 4 8 2 2 2 2 2

Formato del mensaje de configuracion de un puente transparenteFormato del mensaje de configuracion de un puente transparente

Bridge o Puentes

Formato de trama



ageMaximun



2 1 1 1 8 4 8 2 2 2 2 2

•Identificador del protocol: contiene valor ceroIdentificador del protocol: contiene valor cero•Version: contiene valor ceroVersion: contiene valor cero•Tipo de mensaje: contiene valor ceroTipo de mensaje: contiene valor cero•Bandera: un campo de 1 octeto, del cual sólo los 2 primeros bits sonBandera: un campo de 1 octeto, del cual sólo los 2 primeros bits son usados. El bit de cambio de topología (TC) señala un cambio en esteusados. El bit de cambio de topología (TC) señala un cambio en este sentido. El bit de asentimiento de cambio de topología (TCA:topologysentido. El bit de asentimiento de cambio de topología (TCA:topology change acknoledgment) es colocado para asentir la recepción de unchange acknoledgment) es colocado para asentir la recepción de un mensaje de configuración señalado con el bit TCmensaje de configuración señalado con el bit TC

Bridge o Puentes

Formato de trama



ageMaximun



2 1 1 1 8 4 8 2 2 2 2 2

•Identificador de puente raíz: Identifica el puente raíz mediante elIdentificador de puente raíz: Identifica el puente raíz mediante el listado de sus 2 octetos de prioridad seguidos por su identificadolistado de sus 2 octetos de prioridad seguidos por su identificado de 6 octetos.de 6 octetos.•Costo del trayecto: Contiene el costo del trayecto desde el puenteCosto del trayecto: Contiene el costo del trayecto desde el puente que emite el mensaje de configuración hasta el puente raíz.que emite el mensaje de configuración hasta el puente raíz.•Identificador del puente: Identifica la prioridad y el identificadorIdentificador del puente: Identifica la prioridad y el identificador del puente emisor del mensaje.del puente emisor del mensaje.

Bridge o Puentes

Formato de trama



ageMaximun



2 1 1 1 8 4 8 2 2 2 2 2

•Identificador del puerto: Identifica el puerto desde el cual elIdentificador del puerto: Identifica el puerto desde el cual el mensaje de configuración fue enviado. Este campo permite que mensaje de configuración fue enviado. Este campo permite que los bucles creados por múltiples puentes conectados sean detectadoslos bucles creados por múltiples puentes conectados sean detectados y tratados.y tratados.•Antigüedad del mensaje: Especifica el tiempo transcurrido desdeAntigüedad del mensaje: Especifica el tiempo transcurrido desde que el puente raíz emitió el mensaje de configuración sobre el cualque el puente raíz emitió el mensaje de configuración sobre el cual está basado el actual mensaje de configuración.está basado el actual mensaje de configuración.

Bridge o Puentes

Formato de trama



ageMaximun



2 1 1 1 8 4 8 2 2 2 2 2

•Antigüedad máxima: Indica cuando el actual mensaje de Antigüedad máxima: Indica cuando el actual mensaje de de configuración debiera ser eliminado.de configuración debiera ser eliminado.•Periodicidad de señal Hello: Proporciona el periodo de tiempo entrePeriodicidad de señal Hello: Proporciona el periodo de tiempo entre los mensajes de configuración del puente raíz.los mensajes de configuración del puente raíz.•Retardo de cambio de estado: Proporciona la longitud del periodoRetardo de cambio de estado: Proporciona la longitud del periodo de tiempo que los puentes pueden esperar antes de pasar a un nuevode tiempo que los puentes pueden esperar antes de pasar a un nuevo estado después de un cambio de topología de la red. Esto se debe aestado después de un cambio de topología de la red. Esto se debe a que es necesario esperar que todos los puentes realicen su cambioque es necesario esperar que todos los puentes realicen su cambio de topología.de topología.

Bridge o Puentes

Formato de trama



ageMaximun



2 1 1 1 8 4 8 2 2 2 2 2

Los mensajes de cambio de topología (para indicar que el algoritmoLos mensajes de cambio de topología (para indicar que el algoritmoSTA debe ser nuevamente aplicado), consiste sólo de 4 octetos.STA debe ser nuevamente aplicado), consiste sólo de 4 octetos.

Estos incluyen un campo identificador de protocolo, fijado en cero,Estos incluyen un campo identificador de protocolo, fijado en cero,un campo de verisón, fijado en cero y un campo de tipo de mensajeun campo de verisón, fijado en cero y un campo de tipo de mensajeel cual contiene el valor 128.el cual contiene el valor 128.

Conmutadores

La tecnología de conmutación ha emergido como la herederaevolucionaria de las soluciones de interconexión de redesbasadas en puentes.

Esto se debe a un desempeño superior en cuanto a manejo demayores caudales de datos (throuhput), densidad de puertasmas altas, costo mas bajo por puerta, y una mayor flexibilidadpara adecuar sus funcionalidades a los requerimientos de la red.

Indicaremos algunas de sus funcionalidades básicas

Conmutadores

Los conmutadores (switching), son dispositivos de la capa deEnlace de Datos que, al igual que los Bridge, permiten quemúltiples segmentos de red LAN sean interconectados dentrode una sola red mas grande.

Al igual como sucede con los Bridge, los conmutadores reenvíany derraman tráfico basado en las direcciones MAC.

Los conmutadores se diferencian de los puentes dado que sonsignificativamente mas rápidos porque conmutan a nivel de hardware, mientras que los Bridge conmutan a nivel de software.

Los conmutadores, además, pueden interconectar redes LAN conanchos de banda desiguales.

Conmutadores

Así, una red LAN Ethernet de 10 Mbps y una red LAN Eth de100 Mbps pueden ser conectadas usando un conmutador.

Los switches pueden también soportar densidades de puertas masaltas que la de los Bridge.

Incluso, algunos conmutadores pueden soportar conmutación deltipo matriz de puntos de cruce, reduciendo significativamente lalatencia y los retardos en la red.

Los Bridge soportan sólo conmutación de tráfico basado en storeand forward, almacenamiento y reenvío.

Conmutadores

Además, los conmutadores reducen las colisiones en segmentosde red porque pueden proporcionar un ancho de banda dedicadoa cada uno de esos segmentos de red.

Existen una gran variedad de conmutadores, incluyendo switchesATM, conmutadores LAN y varios tipos de switches WAN.

Ingeniería y desarrollo (R&D)

Operaciones

Ventas

Seguridad

Marketing

Red vertebral ATM

Conmutadores

En la figura se muestra a múltiples redes usando una red vertebral(Backbone) basada en ATM, en la que se conmutan celdas a altavelocidad, sobre la cuál se soportan transmisiones de voz, videoy datos.

Ingeniería y desarrollo (R&D)

Operaciones

Ventas

Seguridad

Marketing

Red vertebral ATM

Backbone ATM

Conmutadores

Los conmutadores LAN son usados para interconectar segmentosde red LAN, cual proporciona comunicación dedicada, libre decolisiones, lo cuál permite soportar múltiples conversaciones enforma simultánea.

Estos conmutadores se diseñan para conmutar tramas de datos aaltas velocidades, siendo los más comunes los switch LAN ETH.

Sin embargo, los switch LAN tipo Token Ring y FDDI estánalcanzando una mayor difusión a medida que crece el uso de estetipo de redes.

Conmutadores

LA figura muestra una interconexión de una red LAN ETH de 10Mbps con una LAN ETH de 100 Mbps.

Conmutador LAN

Red Ethernet de 10 Mb/s Red Ethernet de 100 Mb/s

Conmutadores

De acuerdo con la Capa OSI en la cual ellos filtran y reenvían oconmutan las tramas, se pueden subdividir en 3 categorías:

• Conmutador LAN de Capa 2:

Es operacionalmente similar a un puente multipuerto pero tieneuna capacidad mucho más alta y soporta nuevas características como operación Full Duplex.

Estos equipos realizan la conmutación y filtrado basados en la dirección de Control de Acceso al Medio (MAC), y al igual que los Bridge, son transparentes a los protocolos de red y a las aplicaciones de los usuarios.

Conmutadores

• Conmutador Lan de Capa 2 con características de Capa 3.

Este puede tomar decisiones de conmutación basándose en masinformación que la dirección de Control de Acceso al Medio dela Capa 2.

Este conmutador puede incorporar algunas capacidades de controlde tráfico de Capa 3, tales como gestión de tráfico de difusióny multi-dirigido (multicast), seguridad a través de listas de accesoy fragmentación IP.

Conmutadores

• Conmutador Multicapa:

Este toma decisiones de conmutación y filtrado sobre la base delas direcciones de la capa de Enlace de Datos OSI (Capa 2) yCapa de Red OSI (Capa 3).

Este tipo de conmutador decide dinámicamente ya sea conmutar(Capa 2) o enrutar (Capa 3) el tráfico entrante.

Un switch LAN Multicapa conmuta tramas dentro de un grupo detrabajo y enruta tramas entre diferentes grupos de trabajo.

Conmutadores

Conmutadores de redes de área local LAN

Hay algunos objetivos básicos concernientes a comunicaciones dered LAN que se trata de lograr mediante el uso de la tecnologíade conmutadores LAN:

• Incremento de ancho de banda promedio disponible por usuario;

• Comunicación simultánea libre de colisiones y

• Capacidad de establecer redes virtuales.

Conmutadores


Un conmutador LAN es un dispositivo que proporciona unamayor densidad de puertos a un costo más bajo que los Bridgetradicionales. Por esta razón, los Switch LAN pueden usarce endiseños de red que atienden menos usuarios por segmento, incrementando el ancho de banda disponible promedio por usuario.

Esta tendencia se le conoce como microsegmentación.

Conmutadores


La tendencia a la microsegmentación permite crear segmentosprivados o dedicados, es decir, un usuario por segmento.

Cada usuario recibe acceso instantáneo a todo el ancho de banday no tiene que competir por ese ancho de banda con otros usuarios.

Como resultado de esto, no ocurren colisiones, lo cuál es un fenómeno normal en redes de medio compartido que emplean concentradores.

Conmutadores


Una capacidad adicional asociada frecuentemente con los SwitchLAN son las redes virtuales y se refiere a la capacidad de asignarsistemas a dos o más subredes LAN lógicas, en que cada unamantiene su ancho de banda completo, sin cambiar físicamente las conexiones físicas de los sistemas.

Algunos conmutadores permiten crear y reconfigurar redes LANlógicas durante su operación usando software de gestión de red.

Conmutadores


Subred LAN lógica

Subred LAN 4Subred LAN 3

Subred LAN 2Subred LAN 1

Conmutador LANConmutador LAN

Conmutador LAN

Red virtual es la capacidad de asignar sistemas finales a diferentes subredes LAN lógicas sinimportar sus puntos de conexión física. .

Conmutadores


• Principios de la conmutación

En general los switch LAN son similares a los Bridgetransparentes en lo que respecta a funciones tales como aprender la topología de la red, reenviar las tramas y filtrar las tramas.

Sin embargo, los conmutadores soportan varias características nuevas y únicas, tales como comunicaciones dedicada entredispositivos, múltiples conversaciones simultáneas, comunicaciónfull-duplex y adaptación a la tasa del medio de transmisión.

Conmutadores


• Principios de la conmutación

Los conmutadores LAN pueden ser caracterizados por el métodode reenvío de paquetes que soportan, empleando dos modos deoperación:

• Método de conmutación con almacenamiento y reenvío (Store an forward)

• Método de conmutación con matriz de puntos de cruce (Cross-point o cut-through)

Conmutadores


En el método store and forward el switch LAN copia las tramasentrantes completas en sus propias memorias internas de Storetemporal (buffers), realiza un chequeo de errores y calcula elchequeo de redundancia cíclica (CRC).

La trama es descartada si contiene un error CRC, o si es anómalamente corta (menor a 64 octetos incluyendo el campoCRC), o anómalamente larga (mas de 1518 octetos contando elcampo CRC).

Si la trama no contiene error, el switch busca la dirección destinoen su tabla de conmutación, y determina la interfaz de salida. Luego envía la trama hacia su destino.

Conmutadores


Con el método de conmutación de puntos de cruce, el switch LANcopia sólo la dirección de destino (los 6 primeros octetos que siguenal preámbulo) en sus buffers internos, omitiendo la realización deun chequeo de errores.

Luego busca la dirección de destino en su tabla de conmutación, determina la interfaz de salida, y reenvía la trama hacia su destino.

Un conmutador de puntos de cruce proporciona una latencia oretardo reducido debido a que empieza a enviar la trama tan prontocomo lee la dirección de destino y determina la interfaz de salida.

Conmutadores


El switch store and forward puede tener una mayor confiabilidadque uno de puntos de cruce, debido a que puede realizar un chequeode errores de cada trama antes que sea enviada.

Algunos switch soportan ambos métodos de operación y permitenque el administrador de la red elija una u otra forma de operación,dependiendo de los requerimientos de la red.

En algunos casos un switch puede ser programado para realizar laconmutación con puntos de cruce en cada puerto hasta que se alcanza un umbral de error definido por el usuario, momento en queel switch cambia al método store and forward. Cuando la tasa deerrores desciende bajo ese umbral cambia de método de nuevo.

Conmutadores


Formas de asignaciónde ancho de banda

•Conmutación simétrica:

Proporciona un ancho de banda distribuido uniformemente a cadapuerto.

•Conmutación asimétrica:

Proporciona un ancho de banda diferente o desigual entre algunospuertos.

Enrutamiento

•Principios del Protocolo de Resolución de direcciones ARP

El protocolo ARP es un protocolo de capa Baja que enlazadinámicamente las direcciones físicas con las direccionesde interred.

La solución permite agregar nuevas máquinas a la red sin necesidad de recompilar los códigos y sin requerir manteneruna base de datos centralizada de mapeo de direcciones.

Enrutamiento


Host A Host X Host B Host Y

(a)

(b)


Protocolo ARP. Para determinar la dirección física PB del host B a partir de IB, (a)el host A difunde una consulta ARP conteniendo IB a todas las maquinas en la red,y (b) el host B responde con un mensaje de respuesta ARP que contiene el par(IB, PB).

Enrutamiento



(a)

(b)


Cuando el Host A desea resolver la dirección IP IB, difunde un paquete especial en que consulta al host con dirección IP IB para que responda con sudirección física. PB.Todos los host reciben la consulta, pero sólo en host B reconoce su dirección IP y envía su respuesta con la dirección física.

Enrutamiento



(a)

(b)


Cuando el host A recibe la respuesta, envía la información usando la direcciónfísica del host, aún cuando envíe un paquete del tipo Interred. Esta info se envía directamente desde el Host A al B.En definitiva, el protocolo ARP permite que un host busque la dirección física deun host objetivo en la misma red, dando sólo la IP del objetivo.

Enrutamiento



(a)

(b)


Dado lo costoso que es transmitir paquetes de difusión, los equipos normalmentemantienen una tabla ARP en la cuál tienen mapeada la tabla de direcciones de loshost de una red local. Para esto usan una memoria del tipo cache.

Todos los host son capaces de detectar los paquetes de difusión y respuesta deltipo ARP, actualizando sus tablas aun cuando la consulta inicial no sea realizadapor alguno de ellos.

Enrutamiento

•Encapsulamiento e identificación de los mensajes ARP

Cabecera detrama Área de datos de la trama

Mensaje ARP

Los mensajes ARP son transportados en el campo de informaciónde las tramas físicas. Para identificar la trama que que transporta un mensaje ARP, el emisor asigna un valor especial al tipo de en la cabecera de la trama y coloca el mensaje ARP en el campo de datos de la trama.

Enrutamiento

•Formato del mensaje ARP

0 8 16 24 31 bits

HARDWARE TYPE PROTOCOL TYPE

HLEN OPERATION

SENDER HA (octetos 0-3)

SENDER HA (octetos 4-5) SENDER IP (octetos 0-1)

SENDER IP (octetos 2-3) TARGET HA (octetos 0-1)

TARGET HA (octetos 2-5)

TARGET IP (octetos 0-3)

PLEN

Ejemplo de formato de un mensaje ARP/RARP cuando esusado para resolución de dirección IP a Ethernet. La longitudde los campos depende de las longitudes de las direccionesde hardware y protocolo interred, que son 6 octetos para unadirección Ethernet y 4 octetos para una dirección IP.

Enrutamiento

• Determinación inicial de las direcciones de Interred.

Los programas de aplicación usan siempre la dirección IP cuandoespecifican un destino.

Los host y enrutadores deben usar direcciones físicas para enviarDatagramas a través de las redes subyacentes. Ellos usan esquemasde resolución como ARP para efectuar el enlazamiento entredirecciones IP y direcciones físicas.

Usualmente la dirección IP la maneja la máquina en su memoriasecundaria, de donde la rescata al momento de la inicialización.

Enrutamiento

• Determinación inicial de las direcciones de Interred.

En algunos casos la dirección IP puede ser obtenida de uno o varios servidores a través de la misma red.

Para ello en la etapa de inicialización el host fuente envía unasolicitud de asignación de dirección en forma de consulta a unservidor y espera la respuesta.

Tanto el host que envía la consulta, como el servidor que la responde, usan direcciones físicas durante este proceso.

Enrutamiento

• Direccionamiento de subred.

El enrutamiento de subred es la técnica más ampliamente usadapara posibilitar que una sola dirección de red cubra múltiples redes físicas.

Esta técnica es la más general y ha sido estandarizada.Esto implica que el direccionamiento de subred es una parte requerida del direccionamiento IP.

Enrutamiento


128.10.1.1

Host A Host B

Red 128.10.1.0

128.10.1.2

128.10.2.1

Host C Host D

128.10.2.2

Red 128.10.2.0Todo el tráfico esdirigido a la red

128.10.0.1

Enrutador R

Resto de la interred

Consideremos el ejemplo graficado. En el coexisten dos redesfísicas y una sola red clase B.

Enrutamiento


128.10.1.1

Host A Host B

Red 128.10.1.0

128.10.1.2

128.10.2.1

Host C Host D

128.10.2.2


128.10.0.1

Enrutador R


Sólo los enrutadores locales saben que hay múltiples redes físicas y como enrutar el tráfico entre ellas; los enrutadores que pertenecena otros sistemas autónomos enrutan el tráfico como si existiera unasola red física.

Enrutamiento


128.10.1.1

Host A Host B

Red 128.10.1.0

128.10.1.2

128.10.2.1

Host C Host D

128.10.2.2


128.10.0.1

Enrutador R


El enrutador acepta todo el tráfico dirigido a la dirección dered 128.10.0.0 y elige una red física basándose en el tercerocteto de la dirección.

Enrutamiento


128.10.1.1

Host A Host B

Red 128.10.1.0

128.10.1.2

128.10.2.1

Host C Host D

128.10.2.2


128.10.0.1

Enrutador R


La elección del tercer octeto para diferenciar las redes físicas significa que el enrutador enviará el tráfico a una u otra red dependiendo de si el número que exista este octeto sea 1 ó 2. El cuarto octeto sirve para identificar loshost dentro de cada red física.

Enrutamiento


En el ejemplo se ha elegido usar un octeto de la porción local paraidentificar una red física y el otro octeto para identificar los hostdentro de la red.

Tipo dedirección

Parte del identificador de red Parte local

0 31 bits

Tipo dedirección

Parte del identificador de redIdentificador de red

físicaIdentificador de host

(a)

(b)

(a) Interpretación conceptual de una dirección IP de 32 bits en elesquema de direccionamiento IP original, y (b) interpretación conceptualde las direcciones que usan el esquema de direccionamiento de subredque muestra la Figura anterior. La porción local es dividida en dos partes

que identifican una red física y un host en esa red.

Enrutamiento


Este esquema da como resultado un modo de direccionamientodel tipo jerárquico, en el cual el nivel superior de la jerarquía usados octetos cuando realiza el enrutamiento, y el siguiente nivelusa un octeto adicional. El nivel inferior, es decir la red física, usala dirección de red completa.

La ventaja de este esquema para los enrutadores, es que no necesitasaber muchos detalles de los destinos distante, pero si necesita saberde los destinos locales.

Enrutamiento

• Mantenimiento de las máscaras de subred.

Esto se refiere a dos aspectos:

1.- La propagación de las máscaras hacia los host: Un host puede obtener la subred de una red dada enviando una consulta de máscara de subred dentro de un mensaje del protocolo ICMP (Internet control message protocol), a un enrutador en esa red. La consulta puede ser difundida si el host no conoce la dirección específica de un enrutador.

Sin embargo, no existe un protocolo estandar para propagar la consulta de un enrutador a otro.

Enrutamiento

• Mantenimiento de las máscaras de subred.

2.- La asignación de las máscaras: Al realizar la asignación de máscaras de subred se debe tener en cuenta el balanceo del tamaño de las redes, los números de redes físicas, el crecimiento esperado y la facilidad de mantenimiento.

Enrutamiento

• Principios del enrutamiento en subredes

2.- La asignación de las máscaras: Al realizar la asignación de máscaras de subred se debe tener en cuenta el balanceo del tamaño de las redes, los números de redes físicas, el crecimiento esperado y la facilidad de mantenimiento.

Basados en esto se sugiere lo siguiente:

• Todas las subredes de una dirección IP deben ser contiguas,

•Las máscaras de subredes deben ser uniformes a través de toda las redes,

• Todas las máquinas deben participar en el enrutamiento de subred.

Dispositivos de Interconexion de redes LAN En la creacion de interredes corporativas flexibles, es...

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