TECNOLOGÍAS LAN

TECNOLOGÍAS LAN - ETHERNET
Desarrollo de LAN Ethernet/802.3
La adición de hubs o concentradores a la red representó un avance en la tecnología de Ethernet de cable fino o grueso. Un hub es un dispositivo
de Capa 1 que a veces se denomina concentrador de Ethernet o repetidor multipuerto. Los hubs permiten un mejor acceso a la red para un
número mayor de usuarios. Los hubs regeneran las señales de datos que permiten que las redes se amplíen a distancias mayores. Un hub logra
esto regenerando la señal de datos. Los hubs no toman decisiones cuando reciben señales de datos. Los hubs simplemente regeneran y
amplifican las señales de datos a todos los dispositivos conectados, salvo el dispositivo que envió originalmente la señal.
Ethernet es básicamente una tecnología compartida donde todos los usuarios en un segmento LAN dado compiten por el mismo ancho de banda
disponible. Esta situación es similar a lo que ocurre cuando varios automóviles intentan acceder a una carretera de un solo carril al mismo
tiempo. Como la carretera consta de un solo carril, sólo puede entrar un automóvil a la vez. A medida que se agregaban hubs a la red, más
usuarios entraban a la competencia por el mismo ancho de banda.
Las colisiones son un producto secundario de las redes Ethernet. Si dos o más dispositivos intentan transmitir señales al mismo tiempo, se
produce una colisión. La consecuencia del exceso de colisiones en una red son los tiempos de respuesta de red lentos. Esto indica que la red se
encuentra demasiado congestionada o que demasiados usuarios necesitan acceder a la red al mismo tiempo.
Los dispositivos de Capa 2 son más inteligentes que los de Capa 1. Los dispositivos de Capa 2 toman decisiones de envío en base a las direcciones
de Control de Acceso a los Medios (MAC) que forman parte de los encabezados de tramas de datos transmitidas.
Un puente es un dispositivo de Capa 2 que se utiliza para dividir, o segmentar una red. Los puentes reúnen y hacen pasar tramas de datos entre
dos segmentos de red de forma selectiva. Para lograr esto, los puentes aprenden las direcciones MAC de los dispositivos de cada segmento
conectado. Con esta información, el puente construye una tabla de puenteo, y envía o bloquea el tráfico de acuerdo a esa tabla. El resultado
son dominios de colisión más pequeños, y mayor eficiencia de la red. Los puentes no restringen el tráfico de broadcast. Sin embargo, ofrecen
mayor control de tráfico dentro de una red.
Un switch es también un dispositivo de Capa 2 que a veces se denomina puente multipuerto. Los switches toman decisiones de envío sobre en
base a las direcciones MAC que se encuentran en las tramas de datos transmitidos. Los switches aprenden las direcciones MAC de los dispositivos
conectados a cada puerto, y esta información se guarda en una tabla de conmutación.
Los switches crean un circuito virtual entre dos dispositivos conectados que desean comunicarse. Al crearse el circuito virtual, se establece una
comunicación dedicada entre los dos dispositivos. La implementación de un switch en la red proporciona la microsegmentación. Esto crea un
entorno libre de colisiones entre el origen y el destino, que permite la máxima utilización del ancho de banda disponible. Los switches pueden
facilitar conexiones múltiples y simultáneas entre circuitos virtuales. Esto es análogo a una carretera que se divide en varios carriles, en la que
cada automóvil tiene su propio carril exclusivo.
La desventaja de los dispositivos de Capa 2 es que envían tramas de broadcast a todos los dispositivos conectados de la red. Un exceso de
broadcasts en una red produce tiempos de respuesta de red lentos.
Un router es un dispositivo de Capa 3. Los routers toman decisiones en base a los grupos de direcciones de red o clases, en lugar de las
direcciones MAC individuales. Los routers usan tablas de enrutamiento para registrar las direcciones de Capa 3 de las redes que se encuentran
directamente conectadas a las interfaces locales y las rutas de red aprendidas de los routers vecinos.
Funciones de un router:
•
Examinar los paquetes entrantes de datos de Capa 3
•
Seleccionar la mejor ruta para los datos a través de la red
•
Enrutar los datos al puerto de salida correspondiente
Los routers no envían los broadcasts a menos que estén programados para hacerlo. Por lo tanto, los routers reducen el tamaño de los dominios
de colisión y de broadcast en una red. Los routers son los dispositivos de regulación de tráfico más importantes en las redes de gran
envergadura. Los routers posibilitan la comunicación entre dos computadores sin importar la ubicación o el sistema operativo.
Las LAN normalmente utilizan una combinación de dispositivos de Capa 1, Capa 2 y Capa 3. La implementación de estos dispositivos depende de
las necesidades específicas de la organización.
Factores que afectan el rendimiento de la red
En la actualidad, las LAN están cada vez más congestionadas y sobrecargadas. Además de una gran cantidad de usuarios de red, algunos otros
factores se han combinado para poner a prueba las capacidades de las LAN tradicionales:
•
•
•
El entorno multitarea, presente en los sistemas operativos de escritorio actuales como Windows, Unix/Linux y Mac, permite
transacciones de red simultáneas. Esta capacidad aumentada ha dado como resultado una mayor demanda de recursos de red.
El uso de las aplicaciones que hacen uso intensivo de la red, como la World Wide Web, ha aumentado. Las aplicaciones de
cliente/servidor permiten que los administradores centralicen la información, facilitando así el mantenimiento y la protección de la
información.
Las aplicaciones de cliente/servidor no requieren que las estaciones de trabajo mantengan información ni proporcionen espacio del
disco duro para almacenarla. Debido a la relación costo-beneficio de las aplicaciones cliente/servidor, es probable que dichas
aplicaciones se utilicen aún con más frecuencia en el futuro.
Elementos de las redes Ethernet/802.3
Ethernet es una tecnología de transmisión en broadcast. Por lo tanto, los dispositivos de red como los computadores, las impresoras y los
servidores de archivos se comunican entre sí a través de un medio de red compartida. El rendimiento de una LAN Ethernet/802.3 de medio
compartido puede verse afectado de forma negativa por distintos factores:
La naturaleza de broadcast de la entrega de trama de datos de las LAN Ethernet/802.3.
El método de acceso múltiple con detección de portadora y detección de colisiones (CSMA/CD) sólo permite que una estación a la vez
pueda transmitir.
•
Las aplicaciones multimediales con mayor demanda de ancho de banda, tales como vídeo e Internet, sumadas a la naturaleza de
broadcast de Ethernet, pueden crear congestión de red.
Se produce latencia normal a medida que las tramas recorren el medio de red y atraviesan los dispositivos de red.
Ethernet usa CSMA/CD y puede admitir velocidades de transmisión rápidas. Fast Ethernet, o 100BASE-T, proporciona velocidades de transmisión
de hasta 100 Mbps. Gigabit Ethernet proporciona velocidades de transmisión de hasta 1000 Mbps y 10-Gigabit Ethernet ofrece velocidades de
transmisión de hasta 10.000 Mbps. El objetivo de Ethernet es proporcionar un servicio de entrega de mejor intento y permitir que todos los
dispositivos en el medio puedan transmitir de forma equitativa. La producción de cierta cantidad de colisiones en el diseño de Ethernet y
CSMA/CD es de esperarse. Las colisiones son un hecho natural en las redes Ethernet y pueden transformarse en un problema grave
•
•
Redes half-duplex
Originalmente, Ethernet era una tecnología half duplex. Half-duplex permite que los hosts transmitan o reciban en un momento dado, pero no
permite que hagan ambas cosas a la vez. Cada host verifica la red para comprobar si se están transmitiendo datos antes de transmitir datos
adicionales. Si la red está en uso, la transmisión se retarda. A pesar de la demora de transmisión, dos hosts o más pueden transmitir al mismo
tiempo. Esto produce una colisión. Cuando se produce una colisión, el host que detecta primero la colisión envía una señal de atascamiento a los
demás hosts. Cuando se recibe una señal de atascamiento, cada host interrumpe la transmisión de datos, y luego espera por un período
aleatorio de tiempo para retransmitir los datos. El algoritmo de retroceso genera este retardo aleatorio. A medida que más hosts se agregan a la
red y empiezan a transmitir, es más probable que se produzcan colisiones.
Las LAN Ethernet se saturan porque los usuarios ejecutan software que utiliza intensivamente la red, como aplicaciones cliente/servidor que
hacen que los hosts deban transmitir con mayor frecuencia y durante períodos de tiempo más prolongados. La tarjeta de interfaz de red (NIC)
utilizada por los dispositivos LAN proporciona varios circuitos para que se pueda producir la comunicación entre dispositivos.
Latencia de red
La latencia, o retardo, es el tiempo que una trama o paquete tarda en hacer el recorrido desde la estación origen hasta su destino final. Es
importante determinar con exactitud la cantidad de latencia que existe en la ruta entre el origen y el destino para las LAN y las WAN. En el caso
específico de una LAN Ethernet, un buen entendimiento de la latencia y de su efecto en la temporización de la red es de importancia
fundamental para determinar si CSMA/CD podrá funcionar correctamente.
La latencia consiste en por lo menos tres componentes:
El tiempo que tarda la NIC origen en colocar pulsos de voltaje en el cable y el tiempo que tarda la NIC destino en interpretar estos
pulsos. A esto se le denomina a veces retardo NIC (típicamente es de 1 microsegundo para las NIC 10BASE-T.
•
El retardo de propagación en sí, ya que la señal tarda en recorrer el cable. Normalmente, éste es de unos 0,556 microsegundos por
100 m para Cat 5 UTP. Los cables más largos y la velocidad nominal de propagación menor (NVP) tiene como resultado un retardo de
propagación mayor.
•
La latencia aumenta por los dispositivos de red que se encuentren en el camino entre dos computadores. Estos pueden ser dispositivos
de Capa 1, Capa 2 o 3.
La latencia no depende únicamente de la distancia y de la cantidad de dispositivos. Por ejemplo, si dos estaciones de trabajo están separadas
por tres switches correctamente configurados, las estaciones de trabajo pueden experimentar una latencia menor de la que se produciría si
estuvieran separadas por dos routers correctamente configurados. Esto se debe a que los routers ejecutan funciones más complejas y que llevan
más tiempo. Un router debe analizar los datos de la Capa 3.
•
Tiempo de transmisión de Ethernet 10BASE-T
Todas las redes cuentan con lo que se denomina tiempo de bit. En muchas tecnologías LAN tales como Ethernet, el tiempo de bit se define como
la unidad básica de tiempo en la que se puede transmitir un bit de datos. Para que los dispositivos electrónicos u ópticos puedan reconocer un
dígito binario (uno o cero), se debe definir un lapso mínimo durante el cual el bit se considera encendido o apagado.
El tiempo de transmisión equivale al número de bits enviados multiplicado por el tiempo de bit de una tecnología determinada. Otra forma de
considerar al tiempo de transmisión es como el intervalo entre el comienzo y el fin de una transmisión de trama, o entre el inicio de una
transmisión de trama y una colisión. Las tramas pequeñas tardan menos tiempo. Las tramas grandes tardan más tiempo.
Cada bit de Ethernet de 10 Mbps cuenta con una ventana de 100 ns para realizar la transmisión. Éste es el tiempo de bit. Un byte equivale a
ocho bits. Por lo tanto, 1 byte tarda un mínimo de 800 ns para transmitirse. Una trama de 64 bytes, que es la trama 10BASE-T más pequeña que
permite que CSMA/CD funcione correctamente, tiene un tiempo de transmisión de 51.200 ns o 51,2 microsegundos. La transmisión de una trama
completa de 1000 bytes desde el origen requiere 800 microsegundos. El tiempo requerido para que la trama llegue a la estación destino depende
de la latencia adicional introducida por la red. Esta latencia puede deberse a una serie de retardos, incluyendo todas las siguientes
posibilidades:
Retardos de NIC
Retardos de propagación
Retardos de dispositivos de Capa 1, Capa 2 o Capa 3
Tiempo de transmisión en microsegundos:
64 -> 51.2
512 -> 410
1000 -> 800
1518 -> 1214
Transmisión full duplex
Esta transmisión y recepción simultánea requiere del uso de dos pares de hilos dentro del cable y una conexión conmutada entre cada nodo. Esta
conexión se considera de punto a punto y está libre de colisiones. Debido a que ambos nodos pueden transmitir y recibir al mismo tiempo, no
existen negociaciones para el ancho de banda. Ethernet full duplex puede utilizar una infraestructura de cables ya implementada, siempre y
cuando el medio cumpla con los estándares de Ethernet mínimos.
Para transmitir y recibir de forma simultánea, se necesita un puerto de switch dedicado para cada nodo. La conexiones full duplex pueden
utilizar medios 10BASE-T, 100BASE-TX o 100BASE-FX para crear conexiones punto a punto. Las NIC en todos los dispositivos conectados deben
tener capacidades full-duplex.
El switch Ethernet full-duplex aprovecha los dos pares de hilos en un cable y crea una conexión directa entre el transmisor (TX) en un extremo
del circuito y el receptor (RX) en el otro extremo. Con las dos estaciones conectadas de esta manera, se crea un dominio libre de colisiones
debido a que se produce la transmisión y la recepción de los datos en circuitos distintos no competitivos.
Ethernet generalmente puede usar únicamente 50%-60% del ancho de banda de 10 Mbps disponible debido a las colisiones y la latencia. Ethernet
full duplex ofrece 100% del ancho de banda en ambas direcciones. Esto produce una tasa de transferencia potencial de 20 Mbps, lo que resulta
de 10 Mbps TX y 10 Mbps RX.
Segmentación LAN
La segmentación permite que la congestión de red se reduzca de forma significativa dentro de cada segmento. Al transmitir datos dentro de un
segmento, los dispositivos dentro de ese segmento comparten el ancho de banda total. Los datos que pasan entre los segmentos se transmiten a
través del backbone de la red por medio de un puente, router o switch.
Segmentación LAN
Los puentes son dispositivos de Capa 2 que envían tramas de datos basados en la dirección MAC. Los puentes leen la dirección MAC origen de los
paquetes de datos para detectar los dispositivos en cada segmento. Las direcciones MAC se utilizan entonces para construir una tabla de puenteo.
Esto permite que los puentes bloqueen paquetes que no necesitan salir del segmento local.
Aunque los puentes son transparentes para los otros dispositivos de red, la latencia de una red aumenta en un diez a treinta por ciento cuando se
utiliza un puente. Este aumento en la latencia se debe a las decisiones que toman los puentes antes de que se envíen las tramas. Un puente se
clasifica como un dispositivo de almacenamiento y envío. Los puentes examinan el campo de dirección destino y calculan la verificación por
redundancia cíclica (CRC) en el campo de Secuencia de Verificación de Tramas antes de enviar la trama. Si el puerto destino se encuentra ocupado,
el puente puede almacenar la trama temporalmente hasta que el puerto esté disponible.
Interfaz
E0
E0
E1
E1
MAC
0260.8C01.1111
0260.8C01.2222
0260.8C01.3333
0260.8C01.4444
Segmentación de LAN con routers
Los routers proporcionan segmentación de red que agrega un factor de latencia del veinte al treinta por ciento a través de una red conmutada.
Esta mayor latencia se debe a que el router opera en la capa de red y usa la dirección IP para determinar la mejor ruta al nodo de destino.
Los puentes y switches proporcionan segmentación dentro de una sola red o subred. Los routers proporcionan conectividad entre redes y
subredes.
Los routers no envían broadcasts, mientras que los switches y puentes deben enviar tramas de broadcast.
Segmentación de LAN con switches
Los switches reducen la escasez de ancho de banda y los cuellos de botella en la red, como los que surgen entre varias estaciones de trabajo y
un servidor de archivos remoto. Los switches segmentan las LAN en microsegmentos, lo que reduce el tamaño de los dominios de colisión. Sin
embargo, todos los hosts conectados a un switch siguen en el mismo dominio de broadcast.
En una LAN Ethernet totalmente conmutada, los nodos de origen y destino funcionan como si fueran los únicos nodos de la red. Cuando estos dos
nodos establecen un enlace o circuito virtual, tienen acceso al ancho de banda máximo disponible. Estos enlaces proporcionan una tasa de
transferencia mucho mayor que las LAN de Ethernet conectadas por puentes o hubs. Este circuito de red virtual se establece dentro del switch y
existe solamente cuando los dos nodos necesitan comunicarse.
Operaciones básicas de un switch
La conmutación es una tecnología que reduce la congestión en las LAN Ethernet, Token Ring y la Interfaz de datos distribuida por fibra (FDDI).
Los switches utilizan la microsegmentación para reducir los dominios de colisión y el tráfico de red. Esta reducción da como resultado un uso
más eficiente del ancho de banda y mayor tasa de transferencia. Con frecuencia, se utilizan los switches de LAN para reemplazar los hubs
compartidos y están diseñados para funcionar con infraestructuras de cable ya instaladas.
Las siguientes son las dos operaciones básicas que realizan los switches:
•
Conmutación de tramas de datos: Los switches reciben tramas en una interfaz, seleccionan el puerto correcto por el cual enviar las
tramas, y entonces envían la trama de acuerdo a la selección de ruta.
•
Mantenimiento de operaciones de switch: Los switches elaboran y mantienen las tablas de envío. Los switches también elaboran y
mantienen una topología sin bucles en toda la LAN.
Conmutación de Capa 2 y Capa 3
Los routers y los switches de Capa 3 utilizan direcciones IP para enrutar un paquete. Los switches LAN o de la Capa 2 envían tramas en base a la
información de la dirección MAC. Se puede decir que en la actualidad los términos conmutación de Capa 3 y enrutamiento se utilizan con
frecuencia de manera indistinta.
Existen dos métodos de conmutación de trama de datos: la conmutación de Capa 2 y de Capa 3. Los routers y los switches de Capa 3 utilizan la
conmutación de Capa 3 para conmutar los paquetes. Los switches de Capa 2 y los puentes utilizan la conmutación de Capa 2 para enviar tramas.
La diferencia entre la conmutación de Capa 2 y Capa 3 es el tipo de información que se encuentra dentro de la trama y que se utiliza para
determinar la interfaz de salida correcta. La conmutación de la Capa 2 se basa en la información de la dirección MAC. La conmutación de la
Capa 3 se basa en las direcciones de la capa de red o en las direcciones IP.
Las funciones y la funcionalidad de los switches de Capa 3 y los routers son muy parecidas. La única diferencia importante entre la operación de
conmutación de paquetes de un router y de un switch de Capa 3 es la implementación física. En los routers de propósito general, la conmutación
de paquetes se produce en el software, mediante motores basados en el microprocesador, mientras que un switch de Capa 3 realiza el envío de
paquetes por medio del hardware de circuito integrado de aplicación específica (ASIC).
La conmutación de la Capa 2 busca una dirección MAC destino en el encabezado de la trama y envía la trama a la interfaz o puerto apropiado
basándose en la dirección MAC de la tabla de conmutación. La tabla de conmutación se encuentra en la Memoria de contenido direccionable
(CAM). Si el switch de Capa 2 no sabe dónde enviar la trama, envía la trama en broadcast por todos los puertos hacia la red, excepto por el
puerto por el que se recibió la trama. Cuando se recibe una respuesta, el switch registra la nueva dirección en la CAM.
La conmutación de Capa 3 es una función de la capa de red. La información de encabezado de la Capa 3 se examina y el paquete se envía de
acuerdo a la dirección IP.
El flujo de tráfico en una red conmutada o plana es de por sí diferente del flujo de tráfico en una red enrutada o jerárquica. Las redes
jerárquicas ofrecen un flujo de tráfico más flexible que las redes planas.
La conmutación LAN se puede clasificar como simétrica o asimétrica según la forma en que el ancho de banda se asigna a los puertos de
conmutación. Un switch simétrico ofrece conexiones conmutadas entre puertos con el mismo ancho de banda. Un switch LAN asimétrico
proporciona conexiones conmutadas entre puertos con distinto ancho de banda, tal como una combinación de puertos de 10 Mbps y de 100 Mbps.
Una conmutación permite la dedicación de más ancho de banda al puerto de conmutación del servidor a fin de evitar un cuello de botella. Esto
permite flujos de tráfico más parejos, donde varios clientes se comunican con un servidor al mismo tiempo. Se requieren búferes de memoria en
un switch asimétrico. El uso de búferes mantiene las tramas contiguas entre distintos puertos de velocidad de datos.
Búferes de memoria
Un switch Ethernet puede usar una técnica de búferes para almacenar y enviar tramas. Los búferes también pueden utilizarse cuando el puerto
destino está ocupado. El área de la memoria en la que el switch almacena los datos se denomina "búfer de memoria". Este búfer de memoria
puede utilizar dos métodos para enviar tramas, el búfer de memoria basado en puerto y el búfer de memoria compartida.
En el búfer de memoria basado en puerto, las tramas se almacenan en colas conectadas a puertos de entrada específicos. Una trama se
transmite al puerto de salida una vez que todas las tramas que están delante de ella en la cola se hayan transmitido con éxito. Es posible que
una sola trama retarde la transmisión de todas las tramas almacenadas en la memoria debido al tráfico del puerto destino. Este retardo se
produce aunque las demás tramas se puedan transmitir a puertos destino abiertos.
El búfer de memoria compartida deposita todas las tramas en un búfer de memoria común que comparten todos los puertos del switch. La
cantidad de memoria de búfer que requiere un puerto se asigna de forma dinámica. Las tramas en el búfer se vinculan de forma dinámica al
puerto destino. Esto permite la recepción del paquete por un puerto y la transmisión por otro puerto, sin tener que colocarlo en otra cola.
El switch conserva un mapa de enlaces de trama a puerto que indica por dónde una trama debe transmitirse. El enlace del mapa se elimina una
vez que la trama se haya transmitido con éxito. El búfer de memoria se comparte. La cantidad de tramas almacenadas en el búfer se encuentra
limitada por el tamaño del búfer de memoria en su totalidad y no se limita a un solo búfer de puerto. Esto permite la transmisión de tramas más
amplias descartando menos tramas. Esto es importante para la conmutación asimétrica, donde las tramas se intercambian entre puertos de
distintas velocidades.
Dos métodos de conmutación
Los siguientes dos modos de conmutación están disponibles para el envío de tramas:
Almacenamiento y envío (Store and Forward): La trama completa se recibe antes de que se realice cualquier tipo de envío. Se leen las
direcciones destino y origen y se aplican filtros antes de enviar la trama. La latencia se produce mientras la trama se está recibiendo. La
latencia es mayor con tramas más grandes dado que toda la trama debe recibirse antes de que empiece el proceso de conmutación. El switch
puede verificar toda la trama para ver si hay errores, lo que permite detectar más errores.
Método de corte (CUT-TROUGH): La trama se envía a través del switch antes de que se reciba la trama completa. Como mínimo, la dirección
destino de la trama debe leerse antes de que la trama se pueda enviar. Este modo reduce la latencia de la transmisión, pero también reduce la
detección de errores.
Conmutación por método de corte:
•
Conmutación rápida: La conmutación rápida ofrece el nivel más bajo de latencia. La conmutación rápida envía un paquete
inmediatamente después de leer la dirección destino. Como la conmutación rápida empieza a realizar los envíos antes de recibir el
paquete completo, de vez en cuando los paquetes se pueden entregar con errores. Sin embargo, esto ocurre con poca frecuencia y
además el adaptador de red destino descarta los paquetes defectuosos en el momento de su recepción. En el modo rápido, la latencia
se mide desde el primer bit recibido al primer bit transmitido.
•
Libre de fragmentos: La conmutación libre de fragmentos filtra los fragmentos de colisión antes de empezar el envío. Los fragmentos
de colisión representan la mayoría de los errores de paquete. En una red que funciona correctamente, los fragmentos de colisión
deben ser menores de 64 bytes. Cualquier cosa superior a 64 bytes es un paquete válido y se recibe generalmente sin errores. La
conmutación libre de fragmentos espera hasta que se determine si el paquete es un fragmento de colisión o no antes de enviar el
paquete. En el modo libre de fragmentos, la latencia también se mide desde el primer bit recibido al primer bit transmitido.
La latencia de cada modo de conmutación depende de la manera en que el switch envía las tramas. Para agilizar el envío de la trama, el switch
dedica menos tiempo a la verificación de errores. Sin embargo, reducir la verificación de errores puede resultar en el aumento de la cantidad de
retransmisiones.
SWITCHES
Funciones de los switches Ethernet
Un switch es un dispositivo que conecta los segmentos LAN mediante una tabla de direcciones MAC para determinar el segmento al que una
trama necesita transmitirse. Los switches y los puentes operan en la capa 2 del modelo OSI.
A veces, los switches se denominan puentes multipuerto o hubs de conmutación. Los switches toman decisiones en base a las direcciones MAC y
por lo tanto, son dispositivos de la Capa 2. Por otra parte, los hubs regeneran las señales de la Capa 1 y las envían por todos los puertos sin
tomar ninguna decisión. Dado que un switch tiene la capacidad de tomar decisiones de selección de la ruta, la LAN se vuelve mucho más
eficiente. Con frecuencia, en una red Ethernet, las estaciones de trabajo están conectadas directamente al switch. Los switch aprenden qué
hosts están conectados a un puerto leyendo la dirección MAC origen en las tramas. El switch abre un circuito virtual sólo entre los nodos origen y
destino. Esto limita la comunicación a estos dos puertos sin afectar el tráfico en otros puertos. Por su parte, un hub envía datos fuera de todos
sus puertos de manera que todos los hosts puedan ver los datos y tengan que procesarlos, aunque no sean el destino final de los datos. Las LAN
de alto rendimiento por lo general están totalmente conmutadas.
Un switch concentra la conectividad, convirtiendo a la transmisión de datos en un proceso más eficiente. Las tramas se conmutan desde puertos
de entrada a puertos de salida. Cada puerto o interfaz puede ofrecer el ancho de banda completo de la conexión al host.
En un hub Ethernet típico, todos los puertos conectados a un backplane común o a una conexión física dentro del hub y todos los dispositivos
adjuntos al hub comparten el ancho de banda de la red. Si dos estaciones establecen una sesión que utiliza un nivel significativo del ancho de
banda, se degrada el rendimiento de la red de todas las demás estaciones conectadas al hub.
Para reducir la degradación, el switch trata cada interfaz como un segmento individual. Cuando las estaciones en las distintas interfaces
necesitan comunicarse, el switch envía tramas a la velocidad máxima que el cable admite, de una interfaz a otra, para asegurarse de que cada
sesión reciba el ancho de banda completo.
Para conmutar con eficiencia las tramas entre las distintas interfaces, el switch mantiene una tabla de direcciones. Cuando una trama llega al
switch, se asocia la dirección MAC de la estación transmisora con la interfaz en la cual se recibió.
Las principales funciones de los switches Ethernet son:
Aislar el tráfico entre los segmentos
Obtener un ancho de banda más grande por usuario creando dominios de colisión más pequeños
La primera función, aislar el tráfico entre los segmentos, permite lograr mayor seguridad para los hosts de la red. Cada segmento utiliza el
método de acceso CSMA/CD para mantener el flujo del tráfico de datos entre los usuarios del segmento. Dicha segmentación permite a varios
usuarios enviar información al mismo tiempo a través de los distintos segmentos sin causar demoras en la red.
Al utilizar los segmentos de la red, menos usuarios y/o dispositivos comparten el mismo ancho de banda al comunicarse entre sí. Cada segmento
cuenta con su propio dominio de colisión. Los switches Ethernet filtran el tráfico redireccionando los datagramas hacia el puerto o puertos
correctos, que están basados en las direcciones MAC de la Capa 2.
La segunda función se denomina microsegmentación. La microsegmentación permite la creación de segmentos de red dedicados con un host por
segmento. Cada host recibe acceso al ancho de banda completo y no tiene que competir por la disponibilidad del ancho de banda con otros
hosts. Los servidores más populares se pueden colocar entonces en enlaces individuales de 100-Mbps. Con frecuencia en las redes de hoy, un
switch Fast Ethernet puede actuar como el backbone de la LAN, con hubs Ethernet, switches Ethernet o hubs Fast Ethernet que ofrecen las
conexiones de escritorio en grupos de trabajo. A medida que aumenta la popularidad de nuevas aplicaciones como por ejemplo las aplicaciones
multimedia de escritorio o las de videoconferencia, algunos equipos de escritorio individuales tendrán enlaces dedicados de 100-Mbps para la
red.
Modos de transmisión de la trama
•
•
Método de corte: Un switch que efectúa la conmutación por método de corte sólo lee la dirección destino cuando recibe la trama. El
switch empieza a enviar la trama antes de que la trama llegue en su totalidad. Este modo reduce la latencia de la transmisión pero la
detección de errores es pobre. A continuación, presentamos dos formas de conmutación por método de corte:
•
Conmutación rápida: La conmutación rápida ofrece el nivel de latencia más bajo, enviando el paquete inmediatamente después
de recibir la dirección destino. La latencia se mide desde el primer bit recibido al primer bit transmitido, o bien el primero en
entrar y el primero en salir (FIFO). Este modo tiene una detección deficiente de errores de conmutación LAN.
•
Conmutación libre de fragmentos: La conmutación libre de fragmentos filtra los fragmentos de colisión, que constituyen la
mayoría de los errores de paquete, antes de iniciar el envío. Por lo general, los fragmentos de colisión son inferiores a 64 bytes.
La conmutación libre de fragmentos espera hasta que se determine si el paquete no es un fragmento de colisión antes de enviar
el paquete. La latencia también se mide como FIFO.
Almacenamiento y envío: La trama completa se recibe antes de que se realice cualquier tipo de envío. Se leen las direcciones destino
y origen y se aplican filtros antes de enviar la trama. La latencia se produce mientras la trama se está recibiendo. La latencia es
mayor con tramas más grandes dado que toda la trama debe recibirse antes de que empiece el proceso de conmutación. El switch
tiene suficiente tiempo para verificar los errores, lo que permite una mayor detección de los errores.
Método de corte adaptado: Este modo de transmisión es un modo híbrido que es una combinación del método de corte con el método de
almacenamiento y envío. En este modo, el switch utiliza el método de corte hasta que detecta una determinada cantidad de errores. Una vez
que se alcanza el umbral de error, el switch cambia al modo almacenamiento y envío.
Filtrado de tramas en switches
La mayoría de los switches pueden filtrar tramas basándose en cualquier campo de trama de Capa 2. Por ejemplo, se puede programar un switch
para que rechace, sin enviar, todas las tramas que se originan desde una red en particular. Como la información de la capa de enlace a menudo
incluye la referencia de un protocolo de capa superior, los switches generalmente pueden hacer filtrado en base a este parámetro. Además, los
filtros pueden ser útiles para manejar paquetes innecesarios de broadcast y de multicast.
Una vez que el switch ha creado la tabla de direcciones local, está listo para operar. Cuando recibe la trama, examina la dirección destino. Si la
dirección de la trama es local, el switch la pasa por alto. Si la trama tiene la dirección de otro segmento LAN, el puente copia la trama al
segundo segmento.
Pasar por alto una trama se denomina filtrar.
Copiar la trama se denomina enviar.
El filtrado básico mantiene las tramas locales como locales y envía las tramas remotas a otro segmento LAN.
El proceso de filtrado en base a direcciones origen y destino específicas evita que una estación envíe tramas fuera de su segmento LAN local;
detiene todas las tramas "externas" destinadas a una estación en particular, restringiendo por lo tanto a las demás estaciones de trabajo con las
cuales puede comunicar. Ambos tipos de filtrado ofrecen algún control sobre el tráfico de internetwork y pueden aumentar la seguridad.
La mayoría de los switches Ethernet pueden filtrar las tramas de broadcast y multicast. Los switches que pueden filtrar tramas en base a su
dirección MAC también se pueden utilizar para filtrar tramas Ethernet con direcciones de multicast y broadcast. Este filtrado se logra a través de
la implementación de redes de área local virtuales o VLAN. Las VLAN permiten a los administradores de red evitar la transmisión de mensajes de
multicast y broadcast innecesarios a través de una red. A veces, es posible que un dispositivo funcione mal y envíe continuamente tramas de
broadcast, que se copian por toda la red. Esto se denomina tormenta de broadcast y puede reducir significativamente el rendimiento de la red.
Un switch que puede filtrar las tramas de broadcast hace que la tormenta de broadcast provoque daños menores. En la actualidad, los switches
también pueden filtrar según el tipo de protocolo de capa de red. Esto hace más difusa la demarcación entre los switches y los routers. Un
router opera en la capa de red mediante un protocolo de enrutamiento para dirigir el tráfico alrededor de la red. Un switch que implementa
técnicas de filtrado avanzadas normalmente se denomina brouter. Los brouters filtran buscando la información de capa de red pero no usan un
protocolo de enrutamiento.
Implementación de la microsegmentación
Los switches de LAN se consideran puentes multipuerto sin dominio de colisión debido a la microsegmentación. Los datos se intercambian a
altas velocidades conmutando la trama hacia su destino. Al leer la información de Capa 2 de dirección MAC destino, los switches pueden realizar
transferencias de datos a altas velocidades de forma similar a los puentes. Esto provoca niveles de latencia bajos y una alta velocidad para el
envío de tramas.
La conmutación Ethernet aumenta el ancho de banda disponible en la red. Esto se hace creando segmentos de red dedicados, o conexiones
punto a punto, y conectando estos segmentos en una red virtual dentro del switch. Este circuito de red virtual existe solamente cuando dos
nodos necesitan comunicarse. Esto se denomina circuito virtual ya que existe sólo cuando es necesario y se establece dentro del switch.
Aunque el switch LAN reduce el tamaño de los dominios de colisión, todos los hosts conectados al switch pertenecen al mismo dominio de
broadcast. Por lo tanto, un broadcast emitido de un nodo seguirá siendo percibido por todos los demás nodos conectados a través del switch
LAN.
Los switches son dispositivos de enlace de datos que, al igual que los puentes, permiten la interconexión de múltiples segmentos físicos de LAN
para formar una sola red de mayor tamaño. De forma similar a los puentes, los switches envían e inundan el tráfico basándose en las direcciones
MAC. Dado que la conmutación se ejecuta en el hardware en lugar del software, es significativamente más veloz. Cada puerto de switch puede
considerarse como un micropuente que actúa como un puente distinto y ofrece el ancho de banda completo del medio a cada host.
Switches y dominios de colisión
Las colisiones se producen cuando dos hosts transmiten tramas de forma simultánea. Cuando se produce una colisión, las tramas transmitidas se
dañan o se destruyen en la colisión. Los hosts transmisores detienen la transmisión por un tiempo aleatorio, conforme a las reglas de Ethernet
802.3 de CSMA/CD. El exceso de colisiones puede hacer que las redes resulten improductivas.
El área de red donde se originan las tramas y se producen las colisiones se denomina dominio de colisión. Todos los entornos de medios
compartidos son dominios de colisión. Cuando un host se conecta a un puerto de switch, el switch crea una conexión dedicada. Esta conexión se
considera como un dominio de colisión individual. Por ejemplo, si un switch de doce puertos tiene un dispositivo conectado a cada puerto,
entonces se crean doce dominios de colisión.
Un switch crea una tabla de conmutación al aprender las direcciones MAC de los hosts que están conectados a cada puerto de switch. Cuando
dos hosts conectados desean comunicarse entre sí, el switch analiza la tabla de conmutación y establece una conexión virtual entre los puertos.
El circuito virtual se mantiene hasta que la sesión se termina.
Los switches reducen las colisiones y aumentan el ancho de banda en los segmentos de red ya que ofrecen un ancho de banda dedicado para
cada segmento de red.
Switches y dominios de broadcast
En una transmisión unicast, un transmisor intenta comunicarse con un receptor.
Otra forma de comunicarse se conoce como transmisión multicast. La transmisión multicast se produce cuando un transmisor trata de
comunicarse con sólo un subconjunto o un grupo del segmento.
La última forma de comunicarse es envío en broadcast. La transmisión en broadcast se produce cuando un transmisor trata de comunicarse con
todos los receptores de la red. La estación servidora envía un mensaje y todos los que se encuentran en el segmento reciben el mensaje.
Cuando un dispositivo desea enviar un broadcast de Capa 2, la dirección MAC destino en la trama se establece en sólo unos. Una dirección MAC
de sólo unos es FF:FF:FF:FF:FF:FF en números hexadecimales. Al configurar el destino en este valor, todos los dispositivos aceptarán y
procesarán la trama de broadcast.
El dominio de broadcast de la Capa 2 se conoce como dominio MAC de broadcast. El dominio MAC de broadcast incluye todos los dispositivos de
la LAN que reciben broadcasts de trama a través de un host a todas las demás máquinas en la LAN.
El switch es un dispositivo de la Capa 2, cuando un switch recibe un broadcast, lo envía por cada puerto del switch salvo por el puerto receptor.
Cada dispositivo adjunto debe procesar la trama de broadcast. Esto lleva a la reducción de la eficiencia de red, dado que se utiliza el ancho de
banda disponible con propósitos de enviar un broadcast.
Cuando se conectan dos switches, el dominio de broadcast aumenta. Si una trama de broadcast se envía a todos los puertos conectados al Switch
1. El Switch 1 está conectado al Switch 2. La trama se propaga a todos los dispositivos conectados al Switch 2.
El resultado general es una reducción del ancho de banda disponible. Esto ocurre porque todos los dispositivos en el dominio de broadcast deben
recibir y procesar la trama de broadcast.
Los routers son dispositivos de la Capa 3 los routers no propagan los broadcasts. Los routers se utilizan para segmentar los dominios de colisión y
de broadcast.
Consideraciones del diseño de una LAN
Para maximizar el ancho de banda y el rendimiento disponible de la LAN, deberán tenerse en cuenta las siguientes consideraciones de diseño de
LAN:
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Función y ubicación de los servidores
Temas relacionados con los dominios de colisión
Temas de segmentación
Temas relacionados con los dominios de broadcast
Los servidores se pueden categorizar en servidores empresariales o servidores de grupo de trabajo. Un servidor empresarial soporta todos los
usuarios en la red ofreciendo servicios tales como correo electrónico o Sistema de Nombres de Dominio (DNS). El correo electrónico o el DNS son
servicios que cualquier persona de una organización necesita porque son funciones centralizadas. Un servidor de grupo de trabajo soporta un
conjunto específico de usuarios y ofrece servicios como por ejemplo el procesamiento de texto y capacidades de archivos compartidos.
Los servidores empresariales deben colocarse en el Backbone Principal (BP). Siempre que sea posible, el tráfico hacia los servidores
empresariales sólo tiene que viajar hacia el Backbone y no transmitirse a través de otras redes. Sin embargo, algunas redes utilizan un núcleo
enrutado o incluso pueden tener un servidor central para los servidores empresariales. En estos casos, el tráfico de red viaja a través de otras
redes y por lo general no se puede evitar. Lo ideal es que los servidores de grupo de trabajo se coloquen en el Backbone de Grupo (BP) más
cercano a los usuarios que acceden a las aplicaciones en estos servidores. Esto permite al tráfico viajar por la infraestructura de red hacia un BP
y no afecta a los demás usuarios en ese segmento de red. Los switches LAN de Capa 2 ubicados en el BP y los BG deben tener 100 Mbps o más
asignados para estos servidores.
Metodología de diseño de una LAN
Para que una LAN sea efectiva y satisfaga las necesidades de los usuarios, se la debe diseñar e implementar de acuerdo con una serie planificada de pasos sistemát
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Reunir requisitos y expectativas
Analizar requisitos y datos
Diseñar la estructura o topología de las Capas 1, 2 y 3 de la LAN
Documentar la implementación física y lógica de la red
El proceso destinado a recabar información ayuda a aclarar e identificar cualquier problema de red actual. Esta información incluye el historial de la organización y
actual, el crecimiento proyectado, las políticas operativas y los procedimientos de administración, los sistemas y procedimientos de oficina y los puntos de vista de
personas que utilizarán las LAN.
Deberán formularse las siguientes preguntas al reunir la información:
¿Quiénes son las personas que utilizarán la red?
¿Cuál es el nivel de capacitación de estas personas?
¿Cuáles son sus actitudes con respecto a las computadoras y las aplicaciones informáticas?
¿Cuál es el nivel de desarrollo de las políticas documentadas organizacionales?
¿Algunos de los datos han sido declarados críticos para el trabajo?
¿Algunas operaciones han sido declaradas críticas para el trabajo?
¿Cuáles son los protocolos que están permitidos en la red?
¿Sólo se soportan determinados hosts de escritorio?
¿Quién es responsable de las direcciones, la denominación, el diseño de topología y la configuración de las LAN?
¿Cuáles son los recursos humanos organizacionales, de hardware y de software?
¿Cómo se vinculan y comparten estos recursos actualmente?
¿Cuáles son los recursos financieros de los que dispone la organización?
La documentación de los requisitos permite una estimación informada de los costos y líneas temporales para la implementación de diseño de LAN. Es importante co
los problemas de rendimiento de cualquier red.
La disponibilidad mide la utilidad de la red, se suele afectar por:
•
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Tasa de transferencia
Tiempo de respuesta
Acceso a los recursos
Cada cliente tiene una definición distinta de lo que es la disponibilidad. Es posible que sea necesario transportar datos de voz y de vídeo a través de la red. Estos s
requieren un ancho de banda mucho mayor que el que está disponible en la red o el backbone. Para aumentar la disponibilidad, se pueden agregar más recursos pe
aumenta el costo de la red. Los diseños de red deben suministrar la mayor disponibilidad posible al menor costo posible.
El siguiente paso en el diseño de red es analizar los requisitos de la red y de sus usuarios. Las necesidades del usuario de la red cambian constantemente. A medida
introducen más aplicaciones de red basadas en voz y vídeo, la presión por aumentar el ancho de banda de la red se torna también más intensa.
Una LAN que no puede suministrar información veloz y precisa a los usuarios no tiene ninguna utilidad. Se deben tomar medidas para asegurar que se cumplan los r
información de la organización y de sus trabajadores.
El siguiente paso es decidir cuál será la topología LAN general que satisface los requisitos del usuario. La topología en estrella y la topología en estrella extendida
tecnología CSMA/CD Ethernet 802.3. La topología en estrella CSMA/CD es la configuración dominante en la industria.
El diseño de topología LAN se puede dividir en las tres siguientes categorías únicas del modelo de referencia OSI:
•
•
•
Capa de red
Capa de enlace de datos
Capa física
El paso final en la metodología de diseño LAN es documentar la topología física y lógica de la red. La topología física de la red se refiere a la forma en que distintos
componentes de LAN se conectan entre sí. El diseño lógico de la red se refiere al flujo de datos que hay dentro de una red. También se refiere a los esquemas de n
dirección que se utilizan en la implementación de la solución de diseño LAN.
Documentación de diseño LAN importante:
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Mapa de topología de capa OSI
Mapa lógico de LAN
Mapa físico de la LAN
Planes de distribución
Mapa lógico de VLAN
Mapa lógico de Capa 3
Mapas de dirección
TOPOLOGÍA DE LAN
DIAGRAMA LOGICO
PLAN DE DISTRIBUCIÓN
CONEXIÓN
BG1 Hab 215
BG1 Hab 215
BG2 Hab 220
BG2 Hab 220
BP Hab 203
BP Hab 203
ID CABLE
102
103
104
105
100
101
PP / Nº PUERTO
PP1 / PUERTO 12
PP1 / PUERTO 13
PP2 / PUERTO 1
PP2 / PUERTO 2
PP / PUERTO 1
PP / PUERTO 2
TIPO CABLE
UTP CAT5e
UTP CAT5e
UTP CAT5e
UTP CAT5e
UTP CAT5e
UTP CAT5e
ESTADO
UTILIZADO
NO UTILIZADO
UTILIZADO
NO UTILIZADO
UTILIZADO
NO UTILIZADO
IMPLEMENTACION DE VLAN
ASIGNACIONES DE DIRECCIONAMIENTO IP
Diseño de Capa 1
Uno de los componentes más importantes a considerar en el diseño de red son los cables. En la actualidad, la mayor parte del cableado LAN se basa en la tecnolog
Ethernet. Fast Ethernet es la tecnología Ethernet que se ha actualizado de 10 Mbps a 100 Mbps y tiene la capacidad de utilizar la funcionalidad full-duplex. Fast Eth
utiliza la topología de bus lógica orientada a broadcast Ethernet estándar de 10BASE-T, y el método CSMA/CD para direcciones MAC.
Los temas de diseño en la Capa 1 incluyen el tipo de cableado que se debe utilizar (normalmente cable de cobre o fibra óptica) y la estructura general del cableado
también incluye el estándar TIA/EIA-568-A ó B para la configuración y conexión de los esquemas de cableado. Los tipos de medios de la Capa 1 incluyen el par tren
blindado (UTP) o el par trenzado blindado (STP) Categoría 5, 5e o 6 10/100BASE-TX y el cable de fibra óptica 100BaseFX.
Deberá realizarse una evaluación minuciosa de los puntos fuertes y debilidades de las topologías. Una red tiene la misma efectividad que la de los cables que se uti
Los temas de Capa 1 provocan la mayoría de los problemas de red. Se deberá llevar a cabo una auditoria de cableado cuando se planee realizar cambios significativ
una red. Esto ayuda a identificar las áreas que requieren actualizaciones y nuevo cableado.
En todos los diseños de cable se debe utilizar cable de fibra óptica en el backbone y en los conductos verticales. El cable UTP Categoría 5e se deberá utilizar en los
horizontales. La actualización de cable debe tener prioridad sobre cualquier otro cambio necesario. Las empresas también deberán asegurarse de que estos sistema
implementen de conformidad con estándares de la industria bien definidos como por ejemplo las especificaciones TIA/EIA-568-A, 568-B.
El estándar TIA/EIA-568-A especifica que cada dispositivo conectado a la red debe estar conectado a una ubicación central a través de cableado horizontal. Esto se
todos los hosts que necesitan acceso a la red se encuentran dentro de un límite de distancia de 100 metros (328 pies) para el UTP Ethernet Categoría 5e.
En una topología en estrella simple con un solo armario del cableado, el BP incluye uno o más paneles de conexión cruzada horizontal (Patch-Panels). Los cables d
conexión PP se utilizan para conectar el cableado horizontal de Capa 1 con los puertos del switch LAN de Capa 2. El puerto uplink del switch LAN, basado en el mod
conectado al puerto Ethernet del router de Capa 3 con un cable de conexión. En este punto, el host final tiene una conexión física completa hacia el puerto del rou
Cuando los hosts de las redes de mayor tamaño están ubicados fuera del límite de 100 metros (328ft.) para el UTP Categoría 5e, se requiere más de un armario de
La presencia de varios armarios de cableado implica la existencia de múltiples áreas de captación. Los armarios secundarios de cableado se denominan BG. Los est
TIA/EIA -568-A especifican que los BG se deben conectar al BP utilizando cableado vertical, también denominado cableado backbone. Se utiliza un cable de conexi
cruzada vertical (VCC) para interconectar los diversos BG con el BP central. Se utiliza normalmente el cable de fibra óptica debido a que las longitudes del cable ve
son generalmente más largas que el límite de 100metros (328 pies) del cable UTP Categoría 5e.
El diagrama lógico es el modelo de topología de red sin todos los detalles de la instalación exacta del cableado. El diagrama lógico es el mapa de ruta básico de la
incluye los siguientes elementos:
Especificar las ubicaciones e identificaciones de los armarios de cableado BP y BG.
Documentar el tipo y la cantidad de cables que se utilizan para interconectar los BG con el BP.
Documentar la cantidad de cables de repuesto que están disponibles para aumentar el ancho de banda entre los armarios de cableado. Por ejemplo, si el cableado
entre el BG1 y el BP se ejecuta a un 80% de su uso, se pueden utilizar dos pares adicionales para duplicar la capacidad.
Proporcionar documentación detallada sobre todos los tendidos de cable, los números de identificación y en cuál de los puertos del HCC o VCC termina el tendido d
cableado.
El diagrama lógico es esencial para diagnosticar los problemas de conectividad de la red. Si la habitación 203 pierde conectividad a la red, el plan de distribución m
que la habitación tiene un tendido de cable 102, que se termina en el puerto 2 del Patch-Panel Principal. Se pueden utilizar analizadores de cables para determina
fallas de la Capa 1. De haber alguna, uno de los dos tendidos se puede utilizar para reestablecer la conectividad y ofrecer tiempo para diagnosticar las fallas del te
102.
BP: BACKBONE PRINCIPAL
BG: BACKBONE GRUPO
TOPOLOGIA EN ESTRELLA.
ESQUEMA CABLEADO HORIZONTAL.
TOPOLOGIA EN ESTRELLA.
ESQUEMA CABLEADO HORIZONTAL Y VERTICAL.
El diseño de Capa 2
El prop
ósito de los dispositivos de la Capa 2 en la red es conmutar tramas basadas en sus direcciones MAC destino, ofrecer detección de errores y reducir la congestión en
la red. Los dos dispositivos de networking de Capa 2 más comunes son los switches LAN. Los dispositivos de la Capa 2 determinan el tamaño de los dominios de
colisión.
Las colisiones y el tamaño de los dominios de colisión son dos factores que afectan de forma negativa el rendimiento de una red. La microsegmentación de la red
reduce el tamaño de los dominios de colisión y reduce las colisiones. La microsegmentación se implementa a través del uso de puentes y switches. El objetivo es
aumentar el rendimiento de un grupo de trabajo o de un backbone. Los switches se pueden utilizar junto con hubs para suministrar el nivel de rendimiento
adecuado para distintos usuarios y servidores.
Otra característica importante de un switch LAN es la forma en que puede asignar ancho de banda por puerto. Esto permite ofrecer más ancho de banda para el
cableado vertical, los uplinks y los servidores. Este tipo de conmutación se conoce como conmutación asimétrica. La conmutación asimétrica proporciona
conexiones de conmutación entre puertos con distinto ancho de banda por ejemplo, una combinación de puertos de 10 Mbps y de 100 Mbps. La conmutación
simétrica ofrece conexiones conmutadas entre puertos de ancho de banda similar.
La capacidad deseada de un tendido de cable vertical es mayor que la de un tendido de cable horizontal. La instalación de un switch LAN en BP y BG, permite al
tendido de cable vertical administrar el tráfico de datos que se transmiten desde el BP hasta el BG. Los tendidos horizontales entre el BG y las estaciones de
trabajo utilizan UTP Categoría 5e. Una derivación de cableado horizontal debería ser superior a 100 metros (328 pies). En un entorno normal, 10 Mbps es lo
adecuado para la derivación del cableado horizontal. Los switches LAN asimétricos permiten la mezcla de los puertos 10-Mbps y 100-Mbps en un solo switch.
La nueva tarea consiste en determinar el número de puertos de 10 Mbps y 100 Mbps que se necesitan en el BP y cada BG. Esto se logra revisando los requisitos del
usuario para la cantidad de derivaciones de cable horizontal por habitación y la cantidad de derivaciones totales en cualquier área de captación. Esto incluye la
cantidad de tendidos de cable vertical.
El tamaño de un dominio de colisión se determina por la cantidad de hosts que se conectan físicamente a cualquier puerto en el switch. Esto también afecta la
cantidad de ancho de banda de la red que está disponible para cualquier host. En una situación ideal, hay solamente un host conectado a un puerto de switch LAN.
El dominio de colisión consistiría solamente en el host origen y el host destino. El tamaño del dominio de colisión sería de dos. Debido al pequeño tamaño de este
dominio de colisión, prácticamente no se producen colisiones cuando alguno de los dos hosts se comunica con el otro. Otra forma de implementar la conmutación
LAN es instalar hubs de LAN compartidos en los puertos del switch. Esto permite a varios hosts conectarse a un solo puerto de switch. Todos los hosts conectados a
hub de LAN compartido comparten el mismo dominio de colisión y el mismo ancho de banda. Esto significa que las colisiones podrían producirse con más
frecuencia.
Los hubs de medios compartidos, generalmente, se utilizan en un entorno de switch LAN para crear más puntos de conexión al final de los tendidos de cableado
horizontal. Ésta es una situación aceptable pero que debe tomarse con precaución. Los dominios de colisión deben mantenerse pequeños y el ancho de banda hacia
el host se debe suministrar de acuerdo con las especificaciones establecidas en la fase de requisitos del proceso de diseño de red.
CONMUTACION DE CAPA 2.
Diseño de Capa 3
Un router es un dispositivo de Capa 3 que se considera como uno de los dispositivos más poderosos en la topología de red.
Los dispositivos de la Capa 3 se pueden utilizar para crear segmentos LAN únicos. Los dispositivos de Capa 3 permiten la comunicación entre los
segmentos basados en las direcciones de Capa 3, como por ejemplo direcciones IP. La implementación de los dispositivos de Capa 3 permite la
segmentación de la LAN en redes lógicas y físicas exclusivas. Los routers también permiten la conectividad a redes WAN como, por ejemplo,
Internet.
El enrutamiento de Capa 3 determina el flujo de tráfico entre los segmentos de red física exclusivos basados en direcciones de Capa 3. Un router
envía paquetes de datos basados en direcciones destino. Un router no envía broadcasts basados en LAN, tales como las peticiones ARP. Por lo
tanto, la interfaz del router se considera como el punto de entrada y salida de un dominio de broadcast y evita que los broadcasts lleguen hasta
los otros segmentos LAN.
Los routers ofrecen escalabilidad dado que sirven como firewalls para los broadcasts y pueden dividir las redes en subredes, basadas en
direcciones de Capa 3.
Para decidir si es conveniente utilizar routers o switches, es importante determinar el problema que necesita resolverse. Si el problema está
relacionado con el protocolo en lugar de temas de contención, entonces, los routers son una solución apropiada. Los routers solucionan los
problemas de broadcasts excesivos, protocolos que no son escalables, temas de seguridad y direccionamiento de la capa de red. Sin embargo,
los routers son más caros y más difíciles de configurar que los switches.
Una vez que se desarrolla el esquema de direccionamiento IP para un cliente, éste se debe documentar con precisión. Se debe establecer una
convención estándar para el direccionamiento de hosts importantes en la red. Este esquema de direccionamiento debe ser uniforme en toda la
red. Los mapas de direccionamiento ofrecen una instantánea de la red. Los mapas físicos de la red ayudan a diagnosticar las fallas de la red.
La implementación de las VLAN combina las conmutación de Capa 2 y las tecnologías de enrutamiento de Capa 3 para limitar tanto los dominios
de colisión como los dominios de broadcast. Las VLAN también ofrecen seguridad con la creación de grupos VLAN que se comunican con otras
VLAN a través de routers.
Una asociación de puerto físico se utiliza para implementar la asignación de VLAN. Los puertos P1, P4 y P6 han sido asignados a la VLAN 1. La
VLAN 2 tiene los puertos P2, P3 y P5. La comunicación entre la VLAN1 y la VLAN2 se puede producir solamente a través del router. Esto limita el
tamaño de los dominios de broadcast y utiliza el router para determinar si la VLAN 1 puede comunicarse con la VLAN 2.
COMUNICACIONES ENTRE VLANS
LAN conmutadas y la capa de acceso
La construcción de una LAN se basa un modelo de diseño jerárquico.
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•
•
La capa de acceso proporciona a los usuarios de grupos de trabajo acceso a la red.
La capa de distribución brinda conectividad basada en políticas.
La capa Backbone proporciona transporte óptimo entre sitios.
Este modelo jerárquico se aplica a cualquier diseño de red. Es importante darse cuenta de que estas tres capas pueden existir en entidades
físicas claras y definidas. Sin embargo, éste no es un requisito. Estas capas se definen para ayudar a lograr un diseño de red exitoso y
representan la funcionalidad que debe existir en una red.
La capa de acceso es el punto de entrada para las estaciones de trabajo y los servidores de usuario a la red. En un campus LAN el dispositivo
utilizado en la capa de acceso puede ser un switch o un hub.
Si se utiliza un hub, se comparte el ancho de banda. Si se utiliza un switch, entonces el ancho de banda es dedicado. Si una estación de trabajo
o un servidor se conecta directamente a un puerto de switch, entonces el ancho de banda completo de la conexión al switch está disponible
para la computadora conectada. Si un hub se conecta a un puerto de switch, el ancho de banda se comparte entre todos los dispositivos
conectados al hub.
Las funciones de la capa de acceso también incluyen el filtrado y la microsegmentación de la capa MAC. El filtrado de la capa MAC permite a los
switches dirigir las tramas sólo hacia el puerto de switch que se encuentra conectado al dispositivo destino. El switch crea pequeños segmentos
de Capa 2 denominados microsegmentos. El dominio de colisión puede ser tan pequeño como el equivalente a dos dispositivos. Los switches de
Capa 2 se utilizan en la capa de acceso.
Capa de distribución
La capa de distribución de la red se encuentra entre las capas de acceso y backbone. El propósito de esta capa es ofrecer una definición
fronteriza en la cual se puede llevar a cabo la manipulación de paquetes. Esta capa segmenta las redes en dominios de broadcast. Se pueden
aplicar políticas y las listas de control de acceso pueden filtrar los paquetes. La capa de distribución aísla los problemas de red para los grupos
de trabajo en los cuales se producen.
La capa de distribución también evita que estos problemas afecten la capa backbone. Los switches en esta capa operan en la Capa 2 y Capa 3.
Funciones de la capa de distribución en una red conmutada:
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Unificación de las conexiones del armario de cableado
Definición de dominio de broadcast/multicast
Enrutamiento VLAN
Cualquier transición de medio que deba producirse
Seguridad
Capa Backbone
La capa backbone es un backbone de conmutación de alta velocidad. Si no tienen un módulo de router asociado, se utiliza un router externo
para la función de la Capa 3. Esta capa del diseño de red no debería realizar ninguna manipulación de paquete. La manipulación de paquetes,
como por ejemplo el filtrado de la lista de acceso, desaceleraría la conmutación de paquetes. Una infraestructura central con rutas alternadas
redundantes ofrece estabilidad a la red en caso de que se produzca una única falla del dispositivo.
El backbone se puede diseñar para utilizar la conmutación de Capa 2 o de Capa 3. Se pueden utilizar los switches ATM o Ethernet.