1 DIAP 1 Introducción Introducción: Las redes actuales sufren, frecuentemente, de congestión y colapsos importantes. Estos se producen no solo en grandes redes, sino también y especialmente cuando por ellas circula tráfico que hasta hace poco no era habitual, como son gráficos, vídeo y audio, y en definitiva cualquier aplicación de mensajería electrónica y multimedia. A ello colabora el imparable incremento de prestaciones de las estaciones de trabajo y otros tipos de nodos existentes en las redes. Los 2 Mbps. de las redes Arcnet han sido ampliamente superados por los 4 y 16 Mbps. de Token Ring y los 10 Mbps. de Ethernet, y todo ello en un corto espacio de tiempo, y más aún, en los últimos meses prácticamente, oímos hablar de Fast Ethernet (100 Mbps.), y como no, ATM (desde 155 hasta 622 Mbps.). Sin embargo, cabe preguntarse si realmente precisamos estas velocidades entre todos los puntos de la red, o si nuestras redes actuales pueden seguir cumpliendo sus cometidos e incluso permitir las nuevas aplicaciones de videoconferencia, excepto en puntos concretos (servidores), hacia donde el tráfico está centralizado. Además, hay que tener en cuenta que, por ejemplo en una red Ethernet de 10 Mbps., en la que existan 10 nodos que generen una cantidad de tráfico similar, el ancho de banda, o por decirlo de un modo más comprensible, la velocidad media a la que dichos puestos de trabajo acceden en la actualidad a la red, es de 1 Mbps. Esto es lo que podemos denominar "ancho de banda compartido", que es la oferta de las redes actuales. Pero, ¿ Que ocurriría si, por ejemplo, lográsemos que todo el ancho de banda que Ethernet nos permite, 10 Mbps., pudiera estar disponible en todo momento a cada uno de los puestos de la red ?. La respuesta es sin duda, que en la mayoría de los casos y en gran parte de las redes de pequeño y medio tamaño, sería suficiente y no requeriría cambiar toda la estructura de la red hacia las nuevas tecnologías como las que Fast Ethernet y ATM nos proponen. Esta es la propuesta que nos ofrecen las nuevas técnicas de conmutación de paquetes y además, funcionando a través de las redes actuales, sin cambios en el cableado ni en las tarjetas y software de los puestos de trabajo. Tecnología: La forma más evidente, y la base de las redes conmutadas, es la reducción del número de nodos por red, con lo que se logra el objetivo de incrementar el ancho de banda disponible para cada usuario en dicho tramo, llegando incluso a un solo nodo en cada red. Esto es lo que se denomina segmentación, y a cada tramo de red así creado, lo llamamos segmento. Pero, como es lógico, los usuarios de esos segmentos, precisan una comunicación con el resto de la red, e incluso con otros segmentos, o perderíamos el objetivo de las redes. Además, dicha comunicación entre segmentos, debe de poder realizarse a gran velocidad. Para ello se ha creado un nuevo tipo de concentrador (hub), denominado conmutador (switch). Para entender el concepto y la funcionalidad de los conmutadores, es conveniente que antes recordemos algunos conceptos de otros dispositivos más comunes en las redes actuales: Repetidores. Un repetidor es la expresión mínima de un concentrador, o dicho con más propiedad, podemos afirmar que un concentrador es un repetidor multipuerto. Los repetidores, con solo dos puertos (denominamos puerto a cada conexión con la red o segmento de la misma), diseñados según las especificaciones IEEE 802.3, actúan como una parte del cableado de la red, ya que transfieren los paquetes recibidos de un extremo al otro, independientemente de su contenido, su origen y su destino, es decir, de un modo totalmente transparente e indiscriminado. Nos permiten interconectar dos o más (según sean puros repetidores o concentradores, respectivamente) segmentos incluso con diferentes tipos de cableado, permitiéndonos, de este modo, sobrepasar el número máximo de nodos o la longitud máxima permitidas por segmento. Se encargan de regenerar las señales y resincronizar los segmentos, e incluso de desconectar (lo que se llama segmentar o particionar) a aquellos que funcionan inadecuadamente, permitiendo así que el resto de la red siga trabajando. Por supuesto, el uso de repetidores también esta limitado, ya que generan un pequeño retraso, que en caso de prolongarse por varios repetidores consecutivos, impediría el adecuado funcionamiento de la red y la pérdida de los paquetes que circulan por la misma; entre dos nodos cualesquiera de la red, pueden existir un máximo de cuatro repetidores, lo que equivale a cinco segmentos, y además en un máximo de tres de ellos pueden conectarse otros nodos (es decir dos de los cinco segmentos sólo pueden ser empleados para la interconexión entre repetidores). La velocidad a la que transmiten los paquetes es siempre la misma que la de la propia red. Los repetidores actúan, según el modelo OSI, a nivel físico (capa 1). Puentes. Los puentes (bridges) fueron diseñados, según la normativa IEEE 802.1d, para la conexión de redes diferentes. Igual que los repetidores, son independientes de los protocolos, y retransmiten los paquetes a la dirección adecuada basándose precisamente en esta, en la dirección destino (indicada en el propio paquete). Su diferencia con los repetidores consiste en que los puentes tienen cierta "inteligencia", que les permite reenviar o no un paquete al otro segmento; cuando un paquete no es retransmitido, decimos que ha sido filtrado. Además esos filtros pueden ser automáticos, en función de las direcciones de los nodos de cada segmento, que los puentes "aprenden" al observar el tráfico de cada segmento, o pueden ser filtros definidos por el administrador de la red, en función de razones de seguridad, organización de grupos de trabajo en la red, limitación de tráfico innecesario, etc. Otra importante diferencia es que con los repetidores, el ancho de banda de los diferentes segmentos es compartido, mientras que con los puentes, cada segmento dispone del 100% del ancho de banda, o, en otras palabras, el ancho de banda total de la red se multiplica por el número de puertos de los que dispone el puente. En el caso de una red Ethernet, un puente (2 puertos), el ancho de banda disponible entre dos segmentos sería de 20 Mbps., y si disponemos de un "puente multipuerto", por ejemplo con 3 puertos, el ancho de banda total será de 30 Mbps., y así sucesivamente. Su filosofía impide que las colisiones se propaguen entre diferentes segmentos de la red, algo que los repetidores son incapaces de evitar. Los puentes pueden llegar, según sus prestaciones, a transmitir los paquetes a la misma velocidad a la que circulan por la red. Habitualmente, los puentes de una red se enlazan entre si con topología de bus y a su vez se combinan con concentradores o repetidores multipuerto para extender la red de un modo eficaz, mediante una topología de estrella. Los puentes funcionan en la capa 2 del modelo OSI (enlace). Una característica muy importante de los puentes es el algoritmo de "expansión en árbol" (spanning tree), un mecanismo del software de un puente, por el cual se impide que se creen bucles dentro de una red donde haya varios puentes, al intercambiar constantemente entre ellos unos paquetes denominados BPDU, que les permiten reconfigurar, dinámicamente, los caminos a seguir por el tráfico de la red, sirviendo así incluso, de medida de 2 seguridad en caso de fallo de algún puente, al poder establecer, automáticamente, una ruta alternativa. tiene más de una conexión, la configuración es incorrecta y se crea un bucle de red. Encaminadores. Los encaminadores (routers), son dependientes del protocolo, y de modo similar a los puentes, tienen la capacidad de filtrar el tráfico de un modo inteligente. Su funcionamiento está basado, en gran medida en la información del protocolo contenida en cada paquete. Igual que los puentes, impiden la propagación de las colisiones de unos segmentos a otros de la red; es más, en realidad, separan totalmente los segmentos convirtiéndolos en redes lógicas totalmente diferentes, que denominamos "subredes", e incluso modifican el contenido de los paquetes retransmitidos. Como en el caso de los puentes, pueden llegar a transmitir los paquetes a la misma velocidad que a la que circulan por la red. Los encaminadores se sitúan en la capa de red del modelo OSI (nivel 3), sin embargo, la realidad es que, en la mayoría de los productos actuales, hay una gran mezcla entre puentes y encaminadores, los que denominamos "brouters", que realizan funciones de puentes a nivel 3, y tienen la capacidad de comportarse tanto como puros puentes como puros encaminadores. Al conectar otro concentrador a la red, debemos asegurarnos de que el nuevo equipo es de una velocidad compatible, y de que tiene puertos que pueden conectarse al concentrador existente. DIAP 2 Hubs DIAP 6 Los concentradores incluyen este puerto diferenciado para facilitar su interconexión con otros concentradores. Uno de los puertos debe de ser un puerto Enlace ascendente/Normal (uplink). ¿Cómo identificamos el puerto uplink? Uno de los puertos del hub tiene una marca especial, mediante un botón se conmuta la función del conector diferenciando entre su uso como puerto normal o como puerto uplink o Enlace Ascendente. Este puerto es habitualmente el que tiene la numeración más alta en el dispositivo. En la parte frontal de la nueva unidad, debemos comprobar que el LED indicador del estado del puerto que se está utilizando, esté iluminado. Si el LED correspondiente no está iluminado, se debe pulsar hacia adentro y hacia afuera el interruptor Enlace ascendente/Normal del puerto que se haya utilizado, hasta que el LED se ilumine. El "Hub" básicamente extiende la funcionalidad de la red (LAN) para que el cableado pueda ser extendido a mayor distancia, es por esto que un "Hub" puede ser considerado como un repetidor. El problema es que el "Hub" transmite estos "Broadcasts" a todos los puertos que contenga, esto es, si el "Hub" contiene 8 puertos, todas las computadoras que estén conectadas al "Hub" recibirán la misma información, y como se mencionó anteriormente , en ocasiones resulta innecesario y excesivo. Si el LED correcto se ilumina, la nueva unidad estará lista para utilizarse como parte de la red. Este tipo de dispositivo simplemente transmite (repite) toda la información que recibe, para que todos los dispositivos conectados a sus puertos reciban dicha información. Conectar, en el puerto uplink, un extremo del cable a un puerto RJ-45 de la parte trasera de la unidad existente. Un hub pertenece a la capa física, se puede considerar como una forma de interconectar unos cables con otros. Todas sus ramas funcionan a la misma velocidad. Esto es, si mezclamos tarjetas de red de 10/100 Mbps y 10 Mbps en un mismo hub, todas las ramas del hub funcionarán a la velocidad menor (10 Mbps). DIAP 3 Es habitual que contengan un diodo luminoso para indicar si se ha producido una colisión. Además, los concentradores disponen de tantos LED como puertos para informar de las ramas que tienen señal. Si algunos de los LEDs, correspondientes a los puertos utilizados, no están iluminados, existe un problema con dichas conexiones. Para conectar la nueva unidad hay que realizar los siguientes pasos: Tomar un cable con "empalme" de par trenzado de la Categoría 5. Conectar el otro extremo del cable a cualquier puerto RJ-45 de la parte trasera de la nueva unidad. Este proceso lo repetiremos de la misma manera con los hubs que vayamos incluyendo en nuestra red. SWITCHES DIAP 7 Un switch no difunde las tramas Ethernet por todos los puertos, sino que las retransmite sólo por los puertos necesarios. Por ejemplo, si tenemos un ordenador A en el puerto 3, un ordenador B en el puerto 5 y otro ordenador C en el 6, y enviamos un mensaje desde A hasta C, el mensaje lo recibirá el switch por el puerto 3 y sólo lo reenviará por el puerto 6 (un hub lo hubiese reenviado por todos sus puertos). Si el dispositivo está colocado y encendido correctamente, podremos conectar los equipos. Por cada equipo, se debe tomar un cable de par trenzado de Categoría 5. Conectamos uno de los extremos del cable al puerto RJ-45 de la tarjeta de red (NIC) y el otro extremo del cable a un puerto RJ-45 en la parte trasera del concentrador. Puede trabajar con velocidades distintas en sus ramas (autosensing): unas ramas pueden ir a 10 Mbps y otras a 100 Mbps. DIAP 4, 5 El ancho de banda ya no es compartido entre todos. Cada puesto dispone del 100 % del ancho de banda hacia el switch. Un nuevo concentrador se puede conectar a otro concentrador existente en la red, permitiendo a todos los equipos comunicarse entre sí. Al conectar concentradores, cada unidad necesita solamente una conexión a la red. Si una unidad Suelen contener 3 diodos luminosos para cada puerto: uno indica si hay señal (link), otro la velocidad de la rama (si está encendido es 100 Mbps, apagado es 10 Mbps) y el último se enciende si se ha producido una colisión en esa rama. Conmutadores. Los conmutadores (switches), son, en cierto modo, puentes multipuerto, aunque pueden llegar a tener funciones propias de encaminadores. Incrementan la capacidad total de tráfico de la red dividiéndola en segmentos más pequeños, y filtrando el tráfico 3 innecesario, bien automáticamente o bien en función de filtros definidos por el administrador de la red, haciéndola, en definitiva, más rápida y eficaz. Cuando un paquete es recibido por el conmutador, éste determina la dirección fuente y destinataria del mismo; si ambas pertenecen al mismo segmento, el paquete es descartado; si son direcciones de segmentos diferentes, el paquete es retransmitido (a no ser que los filtros definidos lo impidan). La diferencia fundamental, teóricamente, entre puentes y conmutadores, es que los puentes reciben el paquete completo antes de proceder a su envío al puerto destinatario, mientras que un conmutador puede iniciar su reenvío antes de haberlo recibido por completo; ello redunda, evidentemente, en una mejora de prestaciones. Un conmutador mantiene, internamente, una tabla asociando los puertos físicos con las direcciones de los nodos conectados a cada puerto. Las direcciones pueden haber sido introducidas manualmente por el administrador de la red, o pueden haber sido aprendidas por el conmutador en su continua monitorización de los paquetes que le llegan por cada puerto. Usando esta tabla, y las direcciones destino de los paquetes recibidos, el conmutador determina una "conexión virtual" desde el puerto fuente al destino, y transfiere el paquete en función de la misma. Esta conexión virtual entre la fuente y el destino, se establece solo para cada paquete enviado. Además, los conmutadores ofrecen la posibilidad de realizar transferencias simultáneas entre diferentes pares de puertos, a la velocidad de la red. En cualquier caso, el número máximo de transferencias simultáneas que un conmutador puede realizar, es una de las características fundamentales para determinar sus prestaciones reales. Así, un conmutador de 24 puertos, puede simultanear 12 "conversaciones", y si estas son Ethernet (10 Mbps.), su capacidad total será de 120 Mbps.; en el caso de que la combinación de su hardware/software no permita dicha capacidad teórica, se produce su bloqueo interno, y por tanto, podríamos hablar de un conmutador defectuosamente diseñado. Por otro lado, si el trafico se produce desde varios puertos fuente hacia un único puerto destino, lo que podría ser el caso de un servidor y múltiples clientes, las prestaciones del sistema no se incrementan significativamente mas allá de la propia velocidad de la red, puesto que el tráfico desde/hacia el servidor es incapaz de superar el límite impuesto por su segmento. Se produce entonces otro tipo de bloqueo interno, ya que el conmutador se ve obligado a almacenar temporalmente los paquetes que lleguen cuando ya se haya establecido una conexión virtual, hasta que esta termine y pueda establecerse una nueva, y así sucesivamente. Prestaciones de los conmutadores: Dado que un conmutador pretende solucionar los problemas de ancho de banda real disponible en la red, y por tanto evitar su congestión, es importante determinar sus prestaciones, que podemos analizar en función de tres parámetros fundamentales: Ancho de banda puerto a puerto. Las redes Ethernet, a 10 Mbps., son capaces de transmitir 14.880 paquetes por segundo (PPS), para paquetes de un tamaño mínimo de 64 bytes. Esta velocidad, que se denomina velocidad de la red o "velocidad del cable" (wire speed), es la máxima teóricamente alcanzable. Un conmutador, e incluso un puente o conmutador que sea capaz de sostener dicha velocidad, en una conversación entre dos de sus puertos cualesquiera, ofrece las máximas prestaciones posibles en este sentido. Nos indica que su combinación de hardware y software es capaz de ser tan eficiente como lo es el propio cableado en si mismo. Ancho de banda total. Bien sea medida en Mbps. o PPS, el ancho de banda total es la máxima velocidad a la que los paquetes pueden ser "movidos" a través del conmutador y por tanto recibidos y enviados por los puertos del mismo. En un conmutador con 24 puertos Ethernet (10 Mbps.), su ancho de banda total, debe de ser igual a la suma del máximo número de conexiones virtuales que pueda establecer a la velocidad de la red (o "velocidad del cable"), es decir, 120 Mbps. (10 Mbps. ´ 12 conexiones virtuales) o bien 178.560 PPS (14.880 ´ 12 conexiones virtuales). Este sería el caso de un conmutador "no bloqueable" internamente (non-blocking). Latencia. La latencia (latency) es la demora en el tiempo, o retraso, desde la recepción de los datos en un puerto y su reexpedición al puerto destino. Por lo general se toma como punto de referencia el primer bit de cada paquete. La latencia depende fundamentalmente del tiempo requerido por el hardware y software del conmutador para identificar la dirección destino. Una baja latencia incrementa las prestaciones, especialmente en redes que emplean protocolos de señalización y reconocimiento (handshaking), en los que todas las transferencias de datos se implementan en secuencias de transmisiones de paquetes individuales, cada uno de los cuales es reconocido (acknowledged) individualmente por el destinatario. La baja latencia es menos importante en redes que emplean protocolos de "windowing", ya que implementan las transferencias de datos en secuencias de múltiples paquetes, reconocidos como un grupo por el receptor. Los fabricantes que ofrecen conmutadores, hoy en día y en nuestro mercado, son: Alantec, Artel, Cabletron, Cisco, Grand Junction Networks, Interphase, Kalpana, Lannet, Lantronix, SMC, UB, y 3COM. Cabe señalar que algunos fabricantes ofrecen soporte, en sus dispositivos de conmutación, para redes FDDI, ATM, Fast Ethernet, Full Duplex Ethernet, Full Duplex Fast Ethernet y Token Ring, entre otras, bien como puertos independientes, o incluso como conmutación de dichos tipos de redes. Sin duda el soporte multitecnología y la modularidad, primarán en los futuros productos que el mercado adopte, aunque podemos afirmar que algunos de ellos ya han hecho su aparición, y están despuntando con fuerza frente a otros productos de gama baja e inferiores prestaciones. ¿Qué tipo de seguridad proveen o soportan los switches? Hay dos formas de utilizar un Switch D-Link para mejorar la seguridad de la red : VLAN: Un administrador de red puede definir varias VLANs y formas de accesar a cada una de ellas, y así prevenir que usuarios accesen servidores para los cuales no tienen autorización. MAC Ardes Filtering: El administrador de la red puede definir una Dirección de Destino (Destination Address) de manera que los paquetes sólo puedan ser recibidos desde la puerta A (un Hub), y permitir solamente que esos mismos paquetes sean enviados a la puerta B (por ejemplo, un Servidor). Utilizando filtros a nivel de MAC Address, sólo los usuarios que están conectados a la puerta A pueden accesar al servidor conectado a la puerta B. Así, los demás paquetes desde otras puertas, incluso aquellos cuya Dirección de Destino sea el Servidor en la puerta B, serán descartados. ¿Cuál es la diferencia entre “cut-through”, “store-and-forward”, “fragment free cut-throuth”? Cut-Through El switch comenzará a enviar datos después de que éste reciba la DD (dirección de destino) del Frame. La diferencia entre éste y store-andforward es que store-and-forward recibe el Frame completo antes de enviarlo. Así, Frames con Errores no pueden ser detectados leyendo sólo 4 la DD, por lo que el método de switching cut-through puede impactar en el rendimiento de una red, al enviar Frames corruptos o truncados. Estos "Bad" Frames pueden originar Tormentas de Broadcasts (Broadcasts Storms) en que muchos de los dispositivos de la red responderán a los Frames corruptos simultáneamente. Store-and-Forward El Switch esperará hasta que todo el Frame haya arribado, antes de enviarlo. Este proceso asegura que la red de destino no se verá afectada por Frames corruptos o truncados, pero con la desventaja que tiene mayor latencia que cut-through. Fragment Free Cut-Through El punto medio entre cut-through y store-and-forward, es el método fragment free cut-through el cuál sólo envía paquetes cuyo largo mínimo es de 64 bytes, y filtra aquellos paquetes cuya longitud es menor que 64 bytes, tales como paquetes corruptos o runt. La diferencia entre éste método y store-and-forward es que de todas formas puede enviar paquetes corruptos aún cuando ellos sean mayores que 64 bytes. Dominios de colisión dificultad de gestión cuando se producen cambios en los miembros del grupo. Más aún, la limitación geográfica que supone que los miembros de un determinado grupo deben de estar situados adyacentemente, por su conexión al mismo concentrador o segmento de la red. Los esquemas VLAN (Virtual LAN o red virtual), nos proporcionan los medios adecuados para solucionar esta problemática, por medio de la agrupación realizada de una forma lógica en lugar de física. Sin embargo, las redes virtuales siguen compartiendo las características de los grupos de trabajo físicos, en el sentido de que todos los usuarios tienen conectividad entre ellos y comparten sus dominios de "broadcast". La principal diferencia con la agrupación física, como se ha mencionado, es que los usuarios de las redes virtuales pueden ser distribuidos a través de una red LAN, incluso situándose en diferentes concentradores de la misma. Pero aún se puede llegar más lejos. Las redes virtuales nos permiten que la ubicuidad geográfica no se limite a diferentes concentradores o plantas de un mismo edificio, sino a diferentes oficinas intercomunicadas mediante redes WAN o MAN, a lo largo de países y continentes, sin limitación ninguna más que la impuesta por el administrador de dichas redes. Prestaciones de las VLAN: DIAP 8, 9 Un dominio de colisión es un segmento del cableado de la red que comparte las mismas colisiones. Cada vez que se produzca una colisión dentro de un mismo dominio de colisión, afectará a todos los ordenadores conectados a ese segmento pero no a los ordenadores pertenecientes a otros dominios de colisión. Todas las ramas de un hub forman un mismo dominio de colisión (las colisiones se retransmiten por todos los puertos del hub). Cada rama de un switch constituye un dominio de colisiones distinto (las colisiones no se retransmiten por los puertos del switch). Este es el motivo por el cual la utilización de conmutadores reduce el número de colisiones y mejora la eficiencia de las redes. El ancho de banda disponible se reparte entre todos los ordenadores conectados a un mismo dominio de colisión. El número aproximado de la medida máxima de ordenadores que se pueden conectar dentro de un mismo dominio de colisión es aproximadamente 25-30. Sin embargo, este número dependerá en gran medida del tráfico de la red. En redes con mucho tráfico se debe tratar de reducir el número de ordenadores por dominio de colisión lo más posible mediante la creación de distintos dominios de colisión conectados por switches o mediante la creación de distintas subredes conectadas por routers. SWITCHES DIAP 10 DE CAPA 3 Redes Virtuales: El primer paso hacia la ubicuidad geográfica Introducción: Los grupos de trabajo en una red, hasta ahora, han sido creados por la asociación física de los usuarios en un mismo segmento de la red, o en un mismo concentrador o hub. Como consecuencia directa, estos grupos de trabajo comparten el ancho de banda disponible y los dominios de "broadcast", y con la Los dispositivos con funciones VLAN nos ofrecen unas prestaciones de "valor añadido", suplementarias a las funciones específicas de las redes virtuales, aunque algunas de ellas son casi tan fundamentales como los principios mismos de las VLAN. Al igual que en el caso de los grupos de trabajo "físicos", las VLAN permiten a un grupo de trabajo lógico compartir un dominio de broadcast. Ello significa que los sistemas dentro de una determinada VLAN reciben mensajes de broadcast desde el resto, independientemente de que residan o no en la misma red física. Por ello, las aplicaciones que requieren tráfico broadcast siguen funcionando en este tipo de redes virtuales. Al mismo tiempo, estos broadcast no son recibidos por otras estaciones situadas en otras VLAN. Las VLAN no se limitan solo a un conmutador, sino que pueden extenderse a través de varios, estén o no físicamente en la misma localización geográfica. Además las redes virtuales pueden solaparse, permitiendo que varias de ellas compartan determinados recursos, como backbones (troncales) de altas prestaciones o conexiones a servidores. Uno de los mayores problemas a los que se enfrentan los administradores de las redes actuales, es la administración de las redes y subredes. Las VLAN tienen la habilidad de usar el mismo número de red en varios segmentos, lo que supone un práctico mecanismo para incrementar rápidamente el ancho de banda de nuevos segmentos de la red sin preocuparse de colisiones de direcciones. Las soluciones tradicionales de internetworking, empleando concentradores y routers, requieren que cada segmento sea una única subred; por el contrario, en un dispositivo con facilidades VLAN, una subred puede expandirse a través de múltiples segmentos físicos, y un solo segmento físico puede soportar varias subredes. Asimismo, hay que tener en cuenta que los modelos más avanzados de conmutadores con funciones VLAN, soportan filtros muy sofisticados, definidos por el usuario o administrador de la red, que nos permiten determinar con gran precisión las características del tráfico y de la seguridad que deseamos en cada dominio, segmento, red o conjunto de 5 redes. Todo ello se realiza en función de algoritmos de bridging, y routing multiprotocolo. concentradores y reducir el tráfico innecesario. Si uno de los concentradores o conmutadores tiene LEDs indicadores de la utilización de la red, podrá utilizarlos para ver la cantidad de tráfico que pasa por la red. Si el tráfico es constantemente alto, puede ser que tenga que dividir la red con un conmutador. Swiches o hubs Hay ciertas normas que debemos conocer cuando agregamos concentradores a la red (para agregar más usuarios), sobre el número de concentradores que se pueden conectar entre sí. Los conmutadores se pueden utilizar para extender el número de concentradores que se pueden utilizar en la red. ¿Qué instalar hubs o switches? Siempre que el presupuesto lo permita elegiremos un switch antes que un hub. Si nuestra red tiene un elevado número de ordenadores (hay que utilizar varios concentradores enlazados) pero sólo nos podemos permitir un switch, éste lo colocaremos en el lugar de la red con más tráfico (habitualmente será el concentrador situado en el centro de la estrella de estrellas o bien, aquél que contenga a los servidores). En el resto de las posiciones colocaremos hubs. El esquema descrito se utiliza a menudo: un hub en cada departamento y un switch para interconectar los departamentos con los servidores. Desde luego, lo ideal sería colocar switches en todas las posiciones. Además de la mejora en eficiencia que supone utilizar un switch frente a un hub, debemos considerar también el aumento de seguridad: si en un ordenador conectado a un switch se instala, con fines nada éticos, un programa para escuchar el tráfico de la red (sniffer), el atacante sólo recibirá las tramas Ethernet que corresponden a ese ordenador pero no las tramas de otros ordenadores que podrían contener contraseñas ajenas. Un ejemplo sencillo Si se tiene un HUB de 8 puertos de 10/BT, quiere decir que los 10 Megabytes de transferencia de datos se reparten para el numero de computadoras que estén conectados al HUB, de tal modo que si tienes 6 maquinas (10 / 6 = 1.6) quiere decir que tienes 1.6 Megabytes de información que pasa por tu maquina a cada segundo. Si se tiene un HUB de 10/100 BT, quiere decir que tienes mas acho de bando es decir (100 / 6 = 16.6) 16.6 Megabytes por segundo en cada punto de red, esto siempre y cuando tengas tarjetas de red de la misma velocidad 10/100. Hay que tomar en cuenta que los SWITCH vienen únicamente en velocidad de 10/100 BT o 100 BT. Si adquieres un SWITCH 16 puertos, quiere decir que los 100 Megabytes de transferencia de datos se mantienen en cada puerto del SWITCH, seria 100 Megabit por segundo para cada maquina que este conectado al SWITCH. En base a esto hay que considerar cual de los dos dispositivos es el mas optimo para su red; para una oficina pequeña que tenga menos de 8 computadores no se requiere velocidades mayores a los 10 Megabits por segundo debido a que el trabajo no es tan pesado como en una red de mas de 20 computadores. Escoger entre conmutador. concentrador y En una red pequeña de menos de 30 usuarios, un concentrador o conjunto de concentradores, puede ocuparse fácilmente del tráfico generado en la red, y es el componente de equipo ideal para conectar entre sí a los distintos usuarios. Cuando la red se hace mayor (alrededor de 50 usuarios), puede ser que tenga que utilizar un conmutador para dividir los grupos de Los conmutadores crean dominios de red basándose en parámetros administrativos, no en conexiones físicas. Dicho de otra forma, usando conmutadores, un administrador puede crear dominios de difusión gestionando los equipos, mientras que hacer lo mismo en una red compartida por concentradores, requiere volver a conectar físicamente los equipos. La diferencia definitiva entre los dos está en cómo manejan las señales de los equipos conectados a ellos. Un concentrador, simplemente, toma las tramas recibidas desde un equipo conectado y retransmite las tramas a todos los equipos conectados a él. Un conmutador analiza las tramas entrantes a sus puertos e inmediatamente las retransmite, o las conmuta a uno o más puertos de conmutación según corresponda. Como el proceso es tan rápido, los conmutadores tienen la capacidad de pasar múltiples flujos de datos simultáneamente. Así es como los conmutadores son capaces de soportar docenas de equipos canalizados en un solo puerto de conmutación., Sólo una trama está siendo realmente conmutada entre los puertos de un conmutador en un momentos dado. Pero el proceso es tan rápido es transparente a los equipos implicados. Repetidor indiscriminado Conmutador de puertas Conclusiones En redes con un tráfico de datos importante, el switch representa una opción a tener en cuenta. Ofrece unas posibilidades sin igual con unas conexiones totalmente optimizadas y con el ancho de banda máximo para cada puesto. Su instalación no ofrece ningún tipo de complicación pudiendo sustituir su hub existente, solo con desconectar los puestos del hub y conectarlos al switch. No requiere ningún tipo de configuración y es totalmente compatible con las redes existentes, tanto 10BaseT como FastEthernet 100BaseTx (consultar modelo). Los conmutadores y los concentradores se utilizan a menudo en la misma red. La función de los concentradores es expandir la red añadiendo más puertos, y la de los conmutadores es dividir la red en secciones más pequeñas y menos congestionadas. Cuando se añaden concentradores a la red, hay una serie de normas que deben conocerse acerca del número de concentradores que se pueden conectar a la vez (con más de 3 concentradores encadenados, el rendimiento de la red comienza a disminuir). Los conmutadores se pueden utilizar para extender el número de concentradores en la red. 6 soportar gran variedad de diferentes tipos de redes: Ethernet, Fast Ethernet, Full Duplex Ethernet, Full Duplex Fast Ethernet, FDDI, y ATM. Conmutadores: Tecnologías en que se basan Introducción: Los conmutadores son sofisticados dispositivos que, como hemos visto, nos permiten reducir la saturación de nuestras redes, a base de "segmentar" las mismas, reduciendo el número de puestos o nodos conectados a cada segmento, y ampliando por tanto el ancho de banda disponible para cada uno de ellos. Para lograr este objetivo, se emplea un hardware complicado acompañado de un firmware muy específico, capaces de procesar a gran velocidad todos los paquetes que pueden llegar por los diferentes puertos y evitar la pérdida de ninguno de ellos, y al mismo tiempo reproducirlos sólo en los puertos destinatarios adecuados. Para ello, diferentes fabricantes emplean arquitecturas propietarias, a menudo con bastantes puntos de coincidencia, dado que los objetivos son idénticos, y a veces con características específicas que los hacen muy diferentes, y que marcan por tanto las diferencias de prestaciones entre unos y otros equipos. En estas líneas, vamos a estudiar dos sistemas muy diferenciados, empleados por dos fabricantes de equipos muy diferentes entre sí, como ejemplos diversos de sofisticadas soluciones a idénticos problemas. Arquitectura de memoria compartida: El primero de los sistemas, denominado "arquitectura de memoria compartida" (o shared memory architecture), desarrollado por ALANTEC, se fundamenta en un diseño simple, eficiente, flexible, gestionable y sobretodo, potente. ALANTEC fue creada en 1987 con el claro objetivo de ayudar a las redes colapsadas a incrementar sus prestaciones sin modificar sus estructuras básicas ya existentes. Su producto, denominado PowerHub es una completa familia de conmutadores/concentradores inteligentes, basados fundamentalmente en software, con algoritmos de enrutamiento multiprotocolo. Además, una de sus características fundamentales, es que permiten El modelo de "procesador de paquetes" empleado por ALANTEC, implica que todos los paquetes recibidos, independientemente de su destino, son depositados en una memoria compartida, donde serán examinados por el procesador y desde donde se tomarán las decisiones de reenvío. Por lo tanto, el software PowerHub puede transmitir un paquete usando cualquier técnica de bridging, routing o filtrado que pueda ser expresada mediante un algoritmo de programación. La simplicidad del esquema de memoria compartida incrementa la eficacia del hardware y el software, ya que facilita su estructura de "pipeline" y el método "solapado" de conmutación de paquetes, en el que no se pierde ancho de banda a causa de tiempos asociados con arbitraje, carga de trabajo, y similares, que frecuentemente van asociados a estructuras de bus compartido. Además, los paquetes recibidos en la memoria compartida pueden ser reenviados directamente hacia sus destinos, sin necesidad de copiarlos, aún en casos de paquetes "broadcast" y "multicast". La flexibilidad le es inherente por varias razones. La memoria compartida puede ser empleada de forma jerarquizada para proporcionar inteligencia distribuida en sistemas de alto ancho de banda, lo que naturalmente soporta modelos de multiproceso, que pueden ser construidos con una gran variedad de tecnologías de memoria, en función de puntos de vista de coste/prestaciones. Las arquitecturas de memoria compartida son un camino directo para proporcionar muchas características de gestión de redes. Dado que cada paquete es examinado y que cada decisión de transmisión es tomada por el propio software, se pueden establecer complejas estadísticas, filtros de seguridad, y monitorización de puertos, con suma facilidad. Además, dichas características no se limitan al hardware diseñado, sino que pueden ser incorporadas con posterioridad en función de las nuevas necesidades y experiencias de los clientes. Por último, la arquitectura de memoria compartida es poderosa: Los diseñadores de hardware entienden la dificultad del ancho de banda compartido en un entorno determinado, además de su alto precio, por ejemplo en un cableado Ethernet o un anillo FDDI. Sin embargo, el ancho de banda es más barato en una "caja", por ejemplo en el bus de un "backplane" o circuito impreso. La arquitectura de memoria compartida de ALANTEC emplea este principio avanzando incluso un paso respecto del mismo, al proporcionar el ancho de banda compartido a nivel de circuitos integrados, empleando 7 memorias caché de altas prestaciones y una interfaz de "memoria compartida multipuerto". Elemento fundamental de un procesador de paquetes inteligente, además del ancho de banda, es la potencia de proceso. El ancho de banda se requiere en los buses y en la memoria para "mover" paquetes entre los puertos, mientras que la potencia de proceso es fundamental para examinar y modificar las cabeceras de los paquetes transmitidos, uno a uno, así como para permitir realizar estadísticas y proporcionar otras funciones de importante valor añadido. La "maquina" de proceso de paquetes basada en software emplea CPU’s RISC de muy altas prestaciones, con la ventaja de su excelente escalabilidad y flexibilidad, a un valor efectivo coste/prestaciones. Como se ha mencionado antes, la solución software conlleva importantes ventajas añadidas, como es la posibilidad de actualizar los protocolos, depurar errores, etc. El inconveniente puede ser su capacidad de proporcionar las prestaciones adecuadas, lo que se soluciona con un equilibrado y depurado diseño del hardware, con CPU’s distribuidas que suministren potencia en los puntos que lo requieren del dispositivo. Es importante, como parte de ese diseño equilibrado, que el sistema no pueda ser bloqueado. Ello implica que sea capaz de suministrar un ancho de bando lo suficientemente elevado como para que puedan ser reenviados todos los paquetes cuando todos los puertos suministran el máximo tráfico que son capaces, en función del tipo de red al que están conectados. Este punto "máximo" de tráfico ocurre, por lo general, cuando los paquetes son de la longitud máxima permitida, ya que en dicho caso la carga de protocolo es minimizada. necesidades de cada tipo de interfaz física, con diferentes "canales de paquetes", procesadores de diferente potencia, diferente ancho de banda y tamaño de la memoria compartida, etc., lo que conlleva sus evidentes posibilidades de ampliación, según las necesidades de cada caso. En el caso de los productos PowerHub actuales, cada "canal de paquetes" tiene un ancho de banda de 800 Mbps., con transferencias en modo de palabras o bloques, siendo el numero de canales variable en función del modelo. La arquitectura del software o más bien firmware ha de ser capaz de gestionar las diferentes fuentes de carga de trabajo sin permitir el colapso del equipo, como son el proceso de interrupciones, la conmutación de contextos y el bloqueo/desbloqueo de estructuras de datos. En concreto, el software ha de ser capaz, con la llegada de cada paquete, de realizar las siguiente funciones, sin generar retrasos no autorizados: Determinar que el paquete ha sido recibido. Verificar que el paquete no contiene errores. Actualizar las estadísticas de recepción. Determinar si el paquete ha de sufrir bridging o routing. Determinar el destino del paquete. Verificar las tablas y aprender las direcciones. Realizar el filtrado lógico. Seguridad: grupos de trabajo, bloqueo de direcciones. Ejecutar el algoritmo de routing. Buscar en las tablas de routing. Actualizar la cabecera MAC. Actualizar la cabecera IP. Guiar el paquete hacia la interfaz de transmisión apropiada. Proporcionar los buffers "limpios" a la interfaz de recepción. Actualizar las estadísticas de transmisión. Determinar cuando ha sido completada la transmisión. Verificar que no hay errores. Actualizar las estadísticas de errores. Reclamar los buffers de transmisión Los dispositivos de ALANTEC han sido diseñados siguiendo la norma de que no sean "bloqueables", aunque en algunos casos, el propio usuario puede configurarlos para que lo sean, por ejemplo como una forma de reducir el coste del sistema, por puerto, cuando no se desea que todos los segmentos puedan operar a su máxima velocidad. Existe además la posibilidad de añadir un acelerador de paquetes, compuesto por un par de CPU’s adicionales, además de memoria compartida adicional, lo que incrementa enormemente la capacidad de proceso de paquetes del sistema. Evidentemente, todos estos dispositivos emplean, forzosamente, ya que permiten conmutar tráfico entre puertos de diferentes velocidades, el método "store and forward". Otras características importantes de estos equipos son su modularidad, sus fuentes de alimentación redundantes, unidades de refrigeración redundantes, y la posibilidad de insertar y extraer sus módulos (incluso fuentes de alimentación y unidades de refrigeración) sin apagar el equipo, y por tanto manteniendo su funcionamiento. Además de la memoria compartida, es una característica importante de estos dispositivos, como ya ha sido mencionado, el uso de unidades procesadoras distribuidas, diseñadas en función de las ALANTEC fabrica también un sofisticado equipo, denominado PowerBits, que es el único equipo de chequeo y evaluación de la industria que proporciona las 8 prestaciones y flexibilidad adecuadas para permitir la verificación precisa de dispositivos de internetworking de altas velocidades y varios puertos como puentes, encaminadores, y conmutadores. Este dispositivo es capaz de generar hasta 6 redes Ethernet y FDDI, inundarlas de paquetes y "contarlos" según llegan de vuelta, hasta un límite de 90.000 paquetes por segundo. Este dispositivo se encuentra en la mayoría de los laboratorios de investigación y desarrollo de universidades, así como en los de los grandes fabricantes de dispositivos de redes. Algunos de los clientes más destacados de ALANTEC son: AMOCO, AT&T, Boeing, Brooktree, Cisco, DEC, DHL, GEC, Microsoft, Motorola, Novell, Oracle, OSF, Rockwell, SGI y Synoptics. Los productos PowerHub de ALANTEC pueden integrarse en las redes existentes, como aplicaciones concretas para las siguientes soluciones: una estructura de rápida y flexible. "árbol" extremadamente 4. Red troncal conmutada: Otro medio popular de emplear los PowerHub es su uso como "backbone conmutado", que permite que varias redes sean unidas a través de un conmutador central, conectando a ello todos los dispositivos de la red, incluso los servidores, lo que permite al administrador de la red una rápida y eficiente gestión del ancho de banda a través de un exhaustivo control del tráfico. 5. Conmutador FDDI: Los dispositivos PowerHub pueden emplearse también como conmutadores de redes FDDI, y permitir alcanzar hasta 200 Mbps. mediante conexiones Full Duplex FDDI, a cada uno de los nodos o segmentos en los que la red FDDI sea dividida. 1. Acelerador de grupos de trabajo cliente/servidor: Una de los medios más efectivos de emplear los PowerHub, es su uso como conmutadores inteligentes en entornos cliente/servidor, interconectando múltiples estaciones de trabajo a servidores locales, mediante sus funciones de bridging y routing. Se puede, por ejemplo, asignar, según las necesidades, uno o varios puertos Ethernet, Fast Ethernet, FDDI o incluso ATM a los servidores, y mantener la estructura existente para los nodos de los grupos de trabajo que no requieren mayor ancho de banda. 2. Redes virtuales: Los "grupos de trabajo lógicos" o redes virtuales, permiten crear topologías basadas en el ancho de banda del grupo de trabajo, en lugar de en principios de localización física o cableado. Además de lograr el ancho de banda adecuado para los usuarios o grupos de trabajo, los administradores de la red obtienen la ventaja de poder reconfigurar toda la red desde cualquier punto de la misma, no estando obligados por situaciones geográficas, sino por motivaciones del propio negocio. 3. Hub de hubs: Como "concentrador de concentradores", los PowerHub permiten que concentradores Ethernet tradicionales interconecten PC’s y estaciones de trabajo que no precisen de un ancho de banda "personal" de 10 Mbps., pero se logre así un incremento del ancho de banda disponible para cada uno de los concentradores. Incluso se puede pensar en conexiones de alta velocidad entre uno o varios PowerHub de gama alta y otros modelos inferiores, creando Conmutadores: Tecnologías en que se basan Arquitectura "Clear Channel": 9 Grand Junction Networks es el líder en conmutación Ethernet y Fast Ethernet, y de hecho fue el primer fabricante, en el año 1992, en utilizar estas tecnologías con productos concretos en el mercado, con su familia de FastSwitch. Grand Junction Networks fue fundada en 1992, partiendo de un grupo de directivos, procedentes, en su gran mayoría, de 3Com. La arquitectura "Clear Channel" (o "canal limpio"), está construida alrededor de la idea de suministrar una conexión Ethernet de 10 Mbps. dedicada o "privada" a cada nodo de la red o cliente, y de 100 Mbps. a cada servidor. Los puertos privados de 10 Mbps., se denominan "puertos Ethernet personales", y soportan sólo una estación o dirección de red. La arquitectura Clear Channel implementa tres modos distintos de conmutación de paquetes: 1. Store and Forward (almacenar-transmitir): Es el método tradicional de bridging, en el que cada paquete es recibido por completo y almacenado internamente antes de que se inicie su transmisión. Ello garantiza que no se producen transmisiones de paquetes con errores. 2. FastForward (envío rápido): Es un método basado en el modo "cut-through" (cortarcontinuar), en el que se inicia la transmisión tan pronto como ha sido recibida la dirección destino, minimizando así el tiempo de latencia a 30 ms para los puertos Ethernet personales y a 7 ms para los puertos Fast Ethernet. 3. FragmentFree (liberación de fragmentos): Es otro método basado en el modo "cut-through"; se trata de un compromiso que evita el reenvío de la mayor parte de los paquetes erróneos, reduciendo al mismo tiempo la latencia en la mayoría de ellos. Con este método, se espera a recibir los primeros 64 bytes, que es la franja de tiempo en la que ocurren las colisiones de fragmentos, es decir, durante los primeros 51,2 ms de la recepción de los paquetes (ventana de colisión o "collision window"). La arquitectura Clear Channel es una plataforma de conmutación de altas prestaciones, con las características siguientes: Puertos Ethernet privados para clientes y servidores. Puertos Fast Ethernet privados para conexiones a servidores y clientes de altas prestaciones. Conexión en modo "bridge" al backbone. Controladores propietarios Ethernet y Fast Ethernet de muy altas prestaciones. Bus de intercambio de paquetes de 1 Gbps. Memoria buffer de paquetes de 3 Mbytes. Controlador de memoria de altas prestaciones. Subsistema de control integrado. Implementación altamente integrada y efectiva en coste. Los controladores Ethernet y Fast Ethernet, aunque propietarios, cumplen rigurosamente las correspondientes normas IEEE, y han sido optimizados para funciones de conmutación multipuerto, por lo que son soluciones altamente integradas y de prestaciones superiores a otras no especializadas. Operan siempre en modo "promiscuo", es decir, que no realizan ningún tipo de filtrado a nivel del controlador. Todos los procesos de aprendizaje y comparación de direcciones, y toma de decisiones de reenvío o rechazo de paquetes son realizadas por la maquina de transmisión o "forwarding engine". Diversas pruebas de sistemas operativos, estructuras de red, y entornos software/hardware en general, dieron como resultado la adopción de 3 MB. como memoria suficiente para cubrir la peor de las situaciones de congestión. El corazón de la arquitectura "Clear Channel" es la máquina de transmisión o "Forwarding Engine", totalmente implementada en hardware: aprendizaje y comparación de direcciones, ordenación de los paquetes en colas, gestión de la memoria para los paquetes, y decisiones de transmisión/filtrado. También se ocupa de la acumulación de datos para las estadísticas. Al recibir un paquete, la máquina de transmisión monitoriza la dirección fuente del paquete, con lo que aprende la dirección de la estación que lo envía, que es automáticamente añadida a la tabla de direcciones. Esta tabla asocia cada dirección a un puerto al que esta conectado. Dicha dirección también puede ser añadida manualmente cuando se configura un puerto en modo de "direccionamiento seguro". Tan pronto como se inicia la recepción de un paquete, la máquina de transmisión se encarga de asignarle una sección de la memoria de paquetes, del mismo modo que se encarga de liberarla cuando el paquete ha sido retransmitido satisfactoriamente. Sin embargo, la función más importante de la máquina de transmisión es, sin duda, la propia retransmisión de los paquetes. Cuando se inicia la recepción del paquete, se determina si ha de ser reenviado o no, en función de la dirección destino, contenida en los primeros seis bytes del paquete. Se compara la dirección con la tabla interna, para decidir si ha de ser reenviado o rechazado 10 (filtrado). Es rechazado si su dirección destino no coincide con la dirección de ninguno de los puertos personales ni con las de las tablas de los puertos de red. Los paquetes multicast y broadcast son enviados a todos los puertos. Antes de iniciar el reenvío de un paquete, se espera a que se haya recibido el número de bytes adecuado según el modo de conmutación seleccionado. Si el puerto destino está libre, se inicia el reenvío inmediatamente, o si no, el paquete es puesto en "lista de espera". Las estadísticas pueden ser generadas fácilmente mediante la monitorización del bus de intercambio de paquetes, que permite contar las longitudes de los mismos, así como el número de paquetes retransmitidos y filtrados. En una red compartida, es muy fácil monitorizar la actividad de la red y las conversaciones que tienen lugar en un determinado segmento, conectando al mismo un analizador. Con las redes conmutadas, sólo hay una estación por segmento, por lo que el análisis de la red es un problema. Con la arquitectura "Clear Channel" se puede configurar un puerto para que reciba el tráfico de uno o todos los puertos restantes, y es lo que se denomina modo de monitorización de puertos. A este puerto se puede conectar cualquier analizador de red. Los productos de Grand Junction Networks son usados por importantes compañías como: AT&T, DDB, Evening Standard, Fujitsu, Intel, NEC, Nippon Telephone & Telegraph, Northern Telecom, Quantum, Sony, Sun Microsystems, USA Today, U.S. Government y Xerox. Aplicaciones: Los productos FastSwitch de Grand Junction Networks pueden integrarse en redes Ethernet y Fast Ethernet, como conmutadores de grupos de trabajo, y en algunos casos como conmutadores de red: a. Conmutadores de red: diseñados para mejorar las prestaciones de una red mediante su segmentación en pequeños grupos de trabajo, de modo que pocos usuarios compartan el ancho de banda de 10 Mbps. Proporcionan conectividad a la máxima velocidad Ethernet entre pares de segmentos desocupados, incrementando el ancho de banda del backbone general, y proporcionando una alternativa de bajo coste al empleo de potentes routers. A nivel de grupos de trabajo, los usuarios siguen compartiendo el ancho de banda de 10 Mbps. en su segmento. b. Conmutadores de grupos de trabajo: diseñados para conectar "punto a punto" estaciones de trabajo. Proporcionan una conexión Ethernet privada a cada nodo, suministrando el ancho de banda total entre dos nodos desocupados, y ofreciendo altas prestaciones como alternativas a los concentradores Ethernet. Ofrecen las máximas prestaciones posibles a cada uno de los nodos de la red. Autor: Jordi Palet Publicado por: Unix Systems