Unidad de Trabajo nº8: Conmutación LAN. Dominios de colisión

Unidad de Trabajo nº8: Conmutación LAN.
Unidad de Trabajo nº8: Conmutación LAN. Dominios de colisión, difusión,
configuración y funcionamiento de switch.
Contenido
Repaso del funcionamiento de Ethernet/IEEE 802.3 .................................................................... 3
CSMA/CD ................................................................................................................................... 3
Detección de portadora ........................................................................................................ 3
Acceso múltiple ..................................................................................................................... 3
Detección de colisiones ......................................................................................................... 4
Señal de congestión y postergación aleatoria ...................................................................... 4
Trama Ethernet ......................................................................................................................... 4
Dirección MAC ........................................................................................................................... 5
Configuración Dúplex ................................................................................................................ 5
Half Dúplex ............................................................................................................................ 6
Full Dúplex ............................................................................................................................. 6
Dominios de Colisión y de difusión ............................................................................................... 7
Dispositivos que extienden/segmentan dominios de colisión/difusión ................................... 7
Ejemplos de determinación de dominios de colisión y difusión en una red ............................ 8
Funcionamiento de un switch ..................................................................................................... 10
Tablas de direcciones MAC de los switches ............................................................................ 10
Métodos de reenvío de paquetes del switch .......................................................................... 13
Conmutación por almacenamiento y reenvío..................................................................... 13
Conmutación por método de corte..................................................................................... 13
Comparación entre conmutación por almacenamiento y reenvío, y por método de corte13
Conmutación simétrica y asimétrica ....................................................................................... 14
Conmutación Asimétrica ..................................................................................................... 14
Conmutación Simétrica ....................................................................................................... 14
Búfer de memoria basado en puerto y búfer de memoria compartida ................................. 14
Búfer de memoria basada en puerto .................................................................................. 14
Búfer de memoria compartida ............................................................................................ 14
Conmutación de Capa 2 y Capa 3............................................................................................ 15
Características de los Switches ................................................................................................... 15
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Factores de forma ................................................................................................................... 15
Switches de configuración fija............................................................................................. 16
Switches modulares ............................................................................................................ 16
Switches apilables ............................................................................................................... 17
Desempeño ............................................................................................................................. 17
Densidad del puerto ............................................................................................................ 17
Velocidades de reenvío ....................................................................................................... 18
Agregado de enlaces ........................................................................................................... 19
Funcionalidad .......................................................................................................................... 19
Power over Ethernet (PoE) .................................................................................................. 19
Funcionalidad de capa 3 ...................................................................................................... 20
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Repaso del funcionamiento de Ethernet/IEEE 802.3
Para entender el funcionamiento de las redes de conmutación (redes conectadas por switch)
es necesario comprender el funcionamiento de las redes de conmutación más usadas hoy en
día que son las redes Ethernet (IEEE 802.3).
En Ethernet se habla de los siguientes conceptos fundamentales:
•
•
•
•
CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Colision Detect)
o Detección de portadora (Carrier Sense)
o Acceso múltiple (Multiple Access)
o Detección de colisiones (Collision Detect)
o Señal de congestión y postergación aleatoria.
Trama Ethernet
Dirección MAC
Configuración Dúplex
CSMA/CD
Las señales de Ethernet se transmiten a todos los hosts que están conectados a la LAN
mediante un conjunto de normas especiales que determinan cuál es la estación que puede
tener acceso a la red. El conjunto de normas que utiliza Ethernet se basa en la tecnología de
acceso múltiple por detección de portadora y detección de colisiones (CSMA/CD, carrier sense
multiple access/collision detect) IEEE. CSMA/CD se utiliza solamente con la comunicación halfduplex que suele encontrarse en los hubs. Los switches full-duplex no utilizan CSMA/CD.
Detección de portadora
En el método de acceso CSMA/CD, todos los dispositivos de red que tienen mensajes para
enviar deben escuchar antes de transmitir.
Si un dispositivo detecta una señal de otro dispositivo, espera un período determinado antes
de intentar transmitirla.
Cuando no se detecta tráfico alguno, el dispositivo transmite su mensaje. Mientras se produce
dicha transmisión, el dispositivo continúa atento al tráfico o a posibles colisiones en la LAN.
Una vez enviado el mensaje, el dispositivo vuelve al modo de escucha predeterminado.
Acceso múltiple
Si la distancia entre los dispositivos es tal que la latencia de las señales de un dispositivo
supone la no detección de éstas por parte de un segundo dispositivo, éste también podría
comenzar a transmitirlas. De este modo, el medio contaría con dos dispositivos transmitiendo
señales al mismo tiempo. Los mensajes se propagan en todo el medio hasta que se
encuentran. En ese momento, las señales se mezclan y los mensajes se destruyen: se produce
una colisión. Aunque los mensajes se dañan, la mezcla de señales continúa propagándose en
todo el medio.
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Detección de colisiones
Cuando un dispositivo está en el modo de escucha, puede detectar cuando se produce una
colisión en el medio compartido, ya que todos los dispositivos pueden detectar un aumento en
la amplitud de la señal que esté por encima del nivel normal.
Cuando se produce una colisión, los demás dispositivos que están en el modo de escucha, así
como todos los dispositivos de transmisión, detectan el aumento de amplitud de la señal.
Todos los dispositivos que estén transmitiendo en ese momento lo seguirán haciendo para
garantizar que todos los dispositivos en la red puedan detectar la colisión.
Señal de congestión y postergación aleatoria
Cuando se detecta una colisión, los dispositivos de transmisión envían una señal de
congestionamiento. La señal de congestionamiento avisa a los demás dispositivos acerca de la
colisión para que éstos invoquen un algoritmo de postergación. La función de éste es hacer
que todos los dispositivos detengan su transmisión durante un período aleatorio, con lo cual se
reducen las señales de colisión.
Una vez que finaliza el retardo asignado a un dispositivo, dicho dispositivo regresa al modo
"escuchar antes de transmitir". Un período de postergación aleatoria garantiza que los
dispositivos involucrados en la colisión no intenten enviar tráfico nuevamente al mismo
tiempo, lo que provocaría que se repita todo el proceso. Sin embargo, durante el período de
postergación es posible que un tercer dispositivo transmita antes de que cualquiera de los dos
involucrados en la colisión tengan oportunidad de volver a transmitir.
Trama Ethernet
Campos Preámbulo y Delimitador de inicio de trama
Los campos Preámbulo (7 bytes) y Delimitador de inicio de trama (SFD) (1 byte) se utilizan para
la sincronización entre los dispositivos emisores y receptores. Estos primeros 8 bytes de la
trama se emplean para captar la atención de los nodos receptores. Básicamente, los primeros
bytes sirven para que los receptores se preparen para recibir una nueva trama.
Campo Dirección MAC destino
El campo Dirección MAC destino (6 bytes) es el identificador del receptor deseado. La Capa 2
utiliza esta dirección para ayudar a que un dispositivo determine si la trama está dirigida a él.
Se compara la dirección de la trama con la dirección MAC del dispositivo. Si coinciden, el
dispositivo acepta la trama.
Campo Dirección MAC origen
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El campo Dirección MAC origen (6 bytes) identifica la NIC o interfaz de origen de la trama. Los
switches utilizan esta dirección para agregar dicha interfaz a sus tablas de búsqueda.
Campo Longitud/Tipo
El campo Longitud/Tipo (2 bytes) define la longitud exacta del campo Datos de la trama. Este
campo se utiliza más adelante como parte de la Secuencia de verificación de trama (FCS,
Frame Check Sequence) con el objeto de asegurar que se haya recibido el mensaje de manera
adecuada. Aquí se puede ingresar solamente el tipo o la longitud de una trama. Si el objetivo
de un campo es designar un tipo, el campo Tipo describe cuál es el protocolo que se
implementa. Cuando un nodo recibe una trama y el campo Tipo/Longitud designa un tipo, el
nodo determina qué protocolo de capa superior está presente. Si el valor de los dos octetos es
igual o mayor que el hexadecimal de 0x0600 o decimal de 1536, el contenido del campo Datos
se descifra según el protocolo indicado. Si el valor de dos bytes es menor que 0x0600,
entonces el valor representa la longitud de los datos de la trama.
Campos Datos y Relleno
Los campos Datos y Relleno (de 46 a 1500 bytes) contienen la información encapsulada de una
capa superior, que es una PDU de Capa 3 genérica o, más comúnmente, un paquete de IPv4.
Todas las tramas deben tener una longitud mínima de 64 bytes (longitud mínima que colabora
en la detección de colisiones). Si se encapsula un paquete menor, el campo Relleno se utiliza
para incrementar el tamaño de la trama hasta alcanzar el tamaño mínimo.
Campo Secuencia de verificación de trama
El campo Secuencia de verificación de trama (FCS) (4 bytes) se utiliza para detectar errores en
la trama. Utiliza una comprobación de redundancia cíclica (CRC, cyclic redundancy check). El
dispositivo emisor incluye los resultados de la CRC en el campo FCS de la trama. El dispositivo
receptor recibe la trama y genera una CRC para buscar errores. Si los cálculos coinciden, no se
ha producido ningún error. Si los cálculos no coinciden, la trama se descarta.
Dirección MAC
Todos los dispositivos conectados a una LAN Ethernet tienen interfaces con direcciones MAC.
La NIC utiliza la dirección MAC para determinar si deben pasarse los mensajes a las capas
superiores para su procesamiento. La dirección MAC está codificada de manera permanente
dentro de un chip ROM en una NIC. Este tipo de dirección MAC se denomina dirección grabada
(BIA, Burned In Address). Algunos fabricantes permiten que se modifiquen las direcciones MAC
de manera local. La dirección MAC se compone del identificador exclusivo de organización
(OUI, Organizational Unique Identifier) y del número de asignación del fabricante.
Configuración Dúplex
Se utilizan dos tipos de parámetros dúplex para las comunicaciones en una red Ethernet:
•
•
half duplex
Full duplex.
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Half Dúplex
Se basa en las siguientes características:
•
•
•
Flujo de datos unidireccional: El envío y la recepción de datos no se producen al mismo
tiempo.
Alto potencial para colisiones: la comunicación half-duplex implementa el CSMA/CD
con el objeto de reducir las posibilidades de que se produzcan colisiones y detectarlas
en caso de que se presenten.
Conectividad de Hub: Las conexiones half-duplex suelen verse en los dispositivos de
hardware más antiguos, como los hubs.
Debido a estas limitaciones, la comunicación full-duplex ha reemplazado a la half duplex en los
elementos de hardware más modernos.
Full Dúplex
Se basa en las siguientes características:
•
•
•
•
•
Sólo punto a punto.
Conectado a puerto de switch dedicado: En las comunicaciones full-duplex el flujo de
datos es bidireccional, por lo tanto la información puede enviarse y recibirse al mismo
tiempo. La capacidad bidireccional mejora el rendimiento, dado que reduce el tiempo
de espera entre las transmisiones.
Requiere soporte para Full-dúplex en ambos extremos.
Sin colisiones.
Circuito de detección de colisiones deshabilitado: En el modo full-duplex, el circuito de
detección de colisiones se encuentra desactivado, puesto que no hay colisiones.
Actualmente, la mayoría de las tarjetas NIC Ethernet, Fast Ethernet y Gigabit Ethernet
disponibles en el mercado proporciona capacidad full-duplex.
El rendimiento de una configuración de red compartida Ethernet estándar basada en hubs es
generalmente del 50% al 60% del ancho de banda de 10-Mb/s. Una red Fast Ethernet fullduplex, en comparación con un ancho de banda de 10-Mb/s, ofrece un rendimiento del 100%
en ambas direcciones (transmisión de 100-Mb/s y recepción de 100-Mb/s).
Configuración del puerto de switch
El puerto de un switch debe configurarse con parámetros dúplex que coincidan con el tipo de
medio.
En los switches suele haber hasta 4 posibilidades para la configuración de un puerto de switch:
•
•
•
La opción auto establece el modo autonegociación de dúplex. Cuando este modo se
encuentra habilitado, los dos puertos se comunican para decidir el mejor modo de
funcionamiento.
La opción full establece el modo full-duplex.
La opción half establece el modo half-duplex.
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•
La opción auto-MDIX: Al habilitar la función auto-MDIX, el switch detecta el tipo de
cable que se requiere para las conexiones Ethernet de cobre y, conforme a ello,
configura las interfaces. Por lo tanto, se puede utilizar un cable de conexión directa o
cruzada para realizar la conexión con un puerto 10/100/1000 de cobre situado en el
switch, independientemente del tipo de dispositivo que se encuentre en el otro
extremo de la conexión.
Dominios de Colisión y de difusión
Ethernet es una tecnología conflictiva, todos los equipos de trabajo que se conectan al mismo
medio físico reciben las señales enviadas por otros dispositivos. Si dos estaciones transmiten a
la vez se genera una colisión. Si no existieran mecanismos que detectaran y corrigieran los
errores de estas colisiones, ethernet no podría funcionar.
En el diseño de una red se debe tener especial cuidado con los llamados Dominios de Colisión
y Dominio de difusión (Broadcast).
Dominio de colisión: Grupo de dispositivos conectados al mismo medio físico, de tal manera
que si dos dispositivos acceden al medio al mismo tiempo, el resultado será una colisión entre
las dos señales. Como resultado de estas colisiones se produce un consumo inadecuado de
recursos y de ancho de banda. Cuanto menor sea la cantidad de dispositivos afectados a un
dominio de colisión mejor desempeño de la red.
Dominio de difusión. Es un área lógica en una red de ordenadores en la que cualquier
ordenador conectado a la red puede transmitir directamente a cualquier otro en el dominio sin
precisar ningún dispositivo de encaminamiento (router), dado que comparten la misma
subred, dirección de puerta de enlace y/o están en la misma VLAN. Es decir, un dominio de
difusión se corresponde con una red IP lógica.
Dispositivos que extienden/segmentan dominios de colisión/difusión
Antes de ver que dispositivos de interconexión de red extienden y/o segmentan dominios de
colisión y/o de difusión, repasemos los dispositivos de interconexión de red y en qué capa
funcionan:
Símbolo
Nombre
Capa OSI
Repeater o Física
Repetidor
Hub
o Física
concentrador
ó
Descripción
Reenvía por todos sus puertos la señal excepto por
el puerto por el que le llega dicha señal. El
repetidor tiene 2 puertos, mientras que el hub
puede tener muchos.
Reenvía por todos sus puertos la señal excepto por
el puerto por el que le llega dicha señal. El
repetidor tiene 2 puertos, mientras que el hub
puede tener muchos.
Switch
ó Enlace de Conmuta las tramas en función de la dirección
Conmutador datos
MAC de destino de la trama. El switch tiene
muchos puertos mientras que el puente sólo 2.
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Bridge
Puente
ó Enlace de Conmuta las tramas en función de la dirección
datos
MAC de destino de la trama. El switch tiene
muchos puertos mientras que el puente sólo 2.
Router
ó Red
Enruta los paquetes en función de la dirección IP
Enrutador ó
de destino del paquete.
Encaminador
A partir de las capas del modelo OSI es posible determinar qué dispositivos extienden o
componen los dominios de colisión y/o difusión.
•
•
•
Los dispositivos de la capa 1 OSI (como los concentradores y repetidores) reenvían
todos los datos transmitidos en el medio y por lo tanto extienden los dominios de
colisión y difusión.
Los dispositivos de la capa 2 (como los conmutadores y puentes) segmentan los
dominios de colisión, y extienden los dominios de difusión.
Los dispositivos de la capa 3 OSI (como los routers y los conmutadores de capa 3)
segmentan los dominios de colisión y difusión(broadcast).
Mención especial requieren los puntos de acceso. Éstos se comportan como un puente entre
la red cableada y la inalámbrica. En cambio todos los equipos inalámbricos que se conectan a
un punto de acceso compiten por el mismo medio a modo de hub, puesto que utilizan la
misma frecuencia.
Ejemplos de determinación de dominios de colisión y difusión en una
red
Ejemplo 1: En este ejemplo todos los equipos están conectados por hubs:
Por tanto, cuando cualquier PC envía algo, cada hub lo reenvía por todos sus puertos excepto
por el que lo ha recibido. De esta manera cuando dos PCs cualquiera emitan simultáneamente
se producirá una colisión. Por ello estamos hablando que en esta red existe un solo dominio de
colisión y un solo dominio de difusión. Se dice que los hubs extienden el dominio de colisión.
Ejemplo 2: Se cambia en el ejemplo 1 el hub central por un switch y queda la siguiente red.
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En este ejemplo 2 podemos observar que cada cuadrado rosa constituye un dominio de
colisión, es decir, hay 4 dominios de colisión. Esto se explica porque el switch una vez
conforma su tabla MAC sólo reenviará cada trama que reciba hacia el puerto dónde se
encuentra el PC destino, a diferencia del hub que siempre reenvía la señal por todos sus
puertos excepto por el puerto por dónde le llega la señal. En este ejemplo 2 sólo hay un sólo
dominio de difusión.
Ejemplo 3: Observa el siguiente ejemplo:
En este ejemplo simplemente hay que tener en cuenta que cada Router segmenta dominios de
difusión. Es como si al quitar los routers quedaran 4 trozos de red desconectados del resto por
lo que podemos decir que existen 4 dominios de difusión como se muestra en la siguiente
figura, dónde aparece cada dominio de difusión en un recuadro:
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Funcionamiento de un switch
En el funcionamiento de un switch hay que tener en cuenta lo siguiente:
•
•
•
•
•
Tablas de direcciones MAC de los switches
Métodos de reenvío de paquetes del switch
o Conmutación por almacenamiento y reenvío
o Conmutación por método de corte
Conmutación simétrica y asimétrica
Búfer de memoria basado en puerto y búfer de memoria compartida
Switches de capa 2 y capa 3
Tablas de direcciones MAC de los switches
Los switches emplean direcciones MAC para dirigir las comunicaciones de red a través de su
estructura al puerto correspondiente hasta el nodo de destino.
El switch determina cómo manejar las tramas de datos entrantes mediante una tabla de
direcciones MAC llamada CAM (Content Addressable Memory). El switch genera su tabla de
direcciones MAC grabando las direcciones MAC de los nodos que se encuentran conectados en
cada uno de sus puertos. Una vez que la dirección MAC de un nodo específico en un puerto
determinado queda registrada en la tabla de direcciones, el switch ya sabe enviar el tráfico
destinado a ese nodo específico desde el puerto asignado a dicho nodo para posteriores
transmisiones.
Cuando un switch recibe una trama de datos entrantes y la dirección MAC de destino no figura
en la tabla, éste reenvía la trama a todos los puertos excepto al que la recibió en primer lugar.
Cuando el nodo de destino responde, el switch registra la dirección MAC de éste en la tabla de
direcciones del campo dirección de origen de la trama. En las redes que cuentan con varios
switches interconectados, las tablas de direcciones MAC registran varias direcciones MAC para
los puertos que conectan los switches que reflejan los nodos de destino. Generalmente, los
puertos de los switches que se utilizan para interconectar dos switches cuentan con varias
direcciones MAC registradas en la tabla de direcciones.
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Los switches borran el contenido de la CAM cada cierto tiempo, de manera que el switch tiene
que volver a aprender las MACs de los dispositivos que están conectados a cada uno de sus
puertos.
Se puede ver el proceso de creación de la tabla de un switch con el siguiente ejemplo:
Paso 1. El switch recibe una trama de broadcast de la PC 1 en el Puerto 1.
Paso 2. El switch ingresa la dirección MAC de origen y el puerto del switch que recibió la trama
en la tabla de direcciones.
Paso 3. Dado que la dirección de destino es broadcast, el switch genera flooding en todos los
puertos enviando la trama, excepto el puerto que la recibió.
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Paso 4. El dispositivo de destino responde al broadcast con una trama de unicast dirigida a la
PC 1.
Paso 5. El switch ingresa la dirección MAC de origen de la PC2 y el número de puerto del switch
que recibió la trama en la tabla de direcciones. La dirección de destino de la trama y el puerto
relacionado a ella se encuentran en la tabla de direcciones MAC.
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Paso 6. Ahora el switch puede enviar tramas entre los dispositivos de origen y de destino sin
saturar el tráfico, ya que cuenta con entradas en la tabla de direcciones que identifican a los
puertos asociados.
Métodos de reenvío de paquetes del switch
Tradicionalmente han existido dos métodos de reenvío para conmutar datos entre los puertos
de la red: conmutación por método de corte o almacenamiento y envío. Sin embargo,
almacenar y reenviar es el único método de reenvío que se utiliza en la mayoría de los
modelos actuales.
Conmutación por almacenamiento y reenvío
En este tipo de conmutación, cuando el switch recibe la trama la almacena en los búferes de
datos hasta recibir la trama en su totalidad. Durante el proceso de almacenamiento, el switch
analiza la trama para buscar información acerca de su destino. En este proceso, el switch
también lleva a cabo una verificación de errores utilizando la porción del tráiler de
comprobación de redundancia cíclica (CRC, Cyclic Redundancy Check) de la trama de Ethernet.
Conmutación por método de corte
En este tipo de conmutación, el switch actúa sobre los datos apenas los recibe, incluso si la
transmisión aún no se ha completado. El switch recopila en el búfer sólo la información
suficiente de la trama como para leer la dirección MAC de destino y así determinar a qué
puerto debe reenviar los datos. La dirección MAC de destino se encuentra en los primeros 6
bytes de la trama después del preámbulo. El switch busca la dirección MAC de destino en su
tabla de conmutación, determina el puerto de la interfaz de salida y reenvía la trama a su
destino mediante el puerto de switch designado. El switch no lleva a cabo ninguna verificación
de errores en la trama.
Comparación entre conmutación por almacenamiento y reenvío, y por método de
corte
• Verificación de errores: En el método de corte el switch no tiene que esperar que la
trama se almacene de manera completa en el búfer por tanto no realiza ninguna
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•
verificación de errores, ya que esta se puede realizar una vez llegue la porción del
tráiler con el CRC.
Velocidad de conmutación: el método de corte es más rápido pues reenvía la trama
desde que conoce la dirección MAC del destinatario.
Conmutación simétrica y asimétrica
La conmutación simétrica proporciona conexiones conmutadas entre puertos con el mismo
ancho de banda; por ejemplo, todos los puertos de 100 Mb/s o todos los puertos de 1000
Mb/s. Un switch LAN asimétrico proporciona conexiones conmutadas entre puertos con
distinto ancho de banda; por ejemplo, una combinación de puertos de 10 Mb/s y puertos de
1000 Mb/s.
Conmutación Asimétrica
La conmutación asimétrica permite un mayor ancho de banda dedicado al puerto de
conmutación del servidor para evitar que se produzca un cuello de botella. Esto brinda una
mejor calidad en el flujo de tráfico, donde varios clientes se comunican con un servidor al
mismo tiempo. Se requieren buffers de memoria en un switch asimétrico. Para que el switch
coincida con las distintas velocidades de datos en los distintos puertos, se almacenan tramas
enteras en los búferes de memoria y se envían al puerto una después de la otra según se
requiera.
Conmutación Simétrica
En un switch simétrico, todos los puertos cuentan con el mismo ancho de banda. La
conmutación simétrica se ve optimizada por una carga de tráfico distribuida de manera
uniforme, como en un entorno de escritorio entre pares.
Búfer de memoria basado en puerto y búfer de memoria compartida
El almacenamiento en buffers también puede utilizarse cuando el puerto de destino está
ocupado debido a una congestión. El switch almacena la trama hasta el momento en que
pueda transmitirse. El empleo de memoria para almacenar datos se denomina
almacenamiento en buffers de memoria. El búfer de memoria está integrado al hardware del
switch y, además de aumentar la cantidad de memoria disponible, no puede configurarse.
Búfer de memoria basada en puerto
En el búfer de memoria basado en puerto, las tramas se almacenan en colas conectadas a
puertos de entrada y de salida 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 de destino. Este retraso se produce aunque las demás
tramas puedan transmitirse a puertos de destino abiertos.
Búfer de memoria compartida
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 de destino. Esto permite que se pueda recibir el paquete por un puerto y se pueda
transmitir por otro puerto, sin tener que colocarlo en otra cola.
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Conmutación de Capa 2 y Capa 3
Un switch LAN de Capa 2 lleva a cabo los procesos de conmutación y filtrado basándose
solamente en la dirección MAC de la Capa de enlace de datos (Capa 2) del modelo OSI. El
switch de Capa 2 es completamente transparente para los protocolos de la red y las
aplicaciones del usuario. Recuerde que un switch de Capa 2 crea una tabla de direcciones MAC
que utiliza para determinar los envíos.
Un switch de Capa 3, funciona de modo similar a un switch de Capa 2, pero en lugar de utilizar
sólo la información de las direcciones MAC de la Capa 2 para determinar los envíos, el switch
de Capa 3 puede también emplear la información de la dirección IP. En lugar de aprender qué
direcciones MAC están vinculadas con cada uno de sus puertos, el switch de Capa 3 puede
también conocer qué direcciones IP están relacionadas con sus interfaces. Esto permite que el
switch de Capa 3 pueda dirigir el tráfico a través de la red en base a la información de las
direcciones IP.
Los switches de Capa 3 son también capaces de llevar a cabo funciones de enrutamiento de
Capa 3, con lo cual se reduce la necesidad de colocar routers dedicados en una LAN. Dado que
los switches de Capa 3 cuentan con un hardware de conmutación especializado, pueden
normalmente enviar datos con la misma rapidez con la que pueden conmutar.
Características de los Switches
A la hora de elegir un switch hay que tener en cuenta las características del mismo. Se puede
hablar de las características de los switches en función de:
•
•
•
La forma (Factores de forma)
El desempeño
La Funcionalidad
Factores de forma
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Al seleccionar un switch se necesita decidir entre una configuración fija o una configuración
modular y entre apilable y no apilable. Otra consideración es el grosor del switch expresado en
cantidad de bastidores. Por ejemplo, los Switches de configuración fija que se muestran en la
figura son todos de 1 bastidor (1U). Con frecuencia estas opciones se denominan factores de
forma del switch.
Switches de configuración fija
Los switches de configuración fija son sólo lo que podría esperarse: fijos en su configuración.
Esto significa que no se pueden agregar características u opciones al switch más allá de las que
originalmente vienen con él. El modelo en particular que se compra determina las
características y opciones disponibles. Por ejemplo, si se adquiere un switch fijo gigabit de 24
puertos, no se pueden agregar puertos cuando se les necesite. Habitualmente, existen
diferentes opciones de configuración que varían en cuanto al número y al tipo de puertos
incluidos.
Switches modulares
Los switches modulares ofrecen más flexibilidad en su configuración. Habitualmente, los
switches modulares vienen con chasis de diferentes tamaños que permiten la instalación de
diferentes números de tarjetas de líneas modulares. Las tarjetas de línea son las que contienen
los puertos. La tarjeta de línea se ajusta al chasis del switch de igual manera que las tarjetas de
expansión se ajustan en la PC. Cuanto más grande es el chasis, más módulos puede admitir.
Como se observa en la figura, es posible elegir entre muchos tamaños de chasis diferentes. Si
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se compró un switch modular con una tarjeta de línea de 24 puertos, con facilidad se podría
agregar una tarjeta de línea de 24 puertos para hacer que el número de puertos ascienda a 48.
Switches apilables
Los switches apilables pueden interconectarse con el uso de un cable especial del backplane
que otorga rendimiento de ancho de banda alto entre los switches. Como se observa en la
figura, los switches están apilados uno sobre el otro y los cables conectan los switches en
forma de cadena de margarita. Los switches apilados operan con efectividad como un switch
único más grande. Los switches apilables son convenientes cuando la tolerancia a fallas y la
disponibilidad de ancho de banda son críticas y resulta costoso implementar un switch
modular. El uso de conexiones cruzadas hace que la red pueda recuperarse rápidamente si
falla un switch único. Los switches apilables utilizan un puerto especial para las
interconexiones y no utilizan puertos de línea para las conexiones entre switches. Asimismo,
las velocidades son habitualmente más rápidas que cuando se utilizan puertos de línea para la
conexión de switches.
Desempeño
Se debe considerar la capacidad del switch para admitir los requerimientos de:
•
•
•
Densidad de puerto
Velocidades de reenvío
Agregado de ancho de banda de la red.
Densidad del puerto
La densidad del puerto es el número de puertos disponibles en un solo switch. Los switches de
configuración fija habitualmente admiten hasta 48 puertos en un único dispositivo. Las altas
densidades de puerto permiten un mejor uso del espacio y de la energía cuando la fuente de
ambos es limitada. Si tiene dos switches y cada uno contiene 24 puertos, se podrían admitir
hasta 46 dispositivos porque se pierde al menos un puerto por switch para conectar cada
switch al resto de la red. Además, se requieren dos tomas de alimentación eléctrica. Por otro
lado, si tiene un switch único con 48 puertos, se pueden admitir 47 dispositivos con un sólo
puerto utilizado para conectar el switch con el resto de la red y sólo una toma de alimentación
eléctrica es necesaria para incluir el switch único.
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Los switches modulares pueden admitir densidades de puerto muy altas mediante el agregado
de tarjetas de línea de puerto de switch múltiples, como muestra la figura.
Las grandes redes empresariales que admiten muchos miles de dispositivos de red requieren
switches modulares de alta densidad para lograr el mejor uso del espacio y de la energía. Sin el
uso de un switch modular de alta densidad, la red necesitaría muchos switches de
configuración fija para incluir el número de dispositivos que necesitan acceso a la red. Este
enfoque puede consumir muchas tomas de alimentación eléctrica y mucho espacio en el
armario.
Velocidades de reenvío
Las velocidades de reenvío definen las capacidades de procesamiento de un switch mediante
la estimación de la cantidad de datos que puede procesar por segundo el switch. Las líneas de
productos con switch se clasifican según las velocidades de reenvío. Es importante considerar
las velocidades de reenvío cuando se selecciona un switch. Si la velocidad es demasiado baja,
no puede incluir una comunicación a velocidad de cable completa a través de todos sus
puertos de switch. La velocidad de cable es la tasa de datos que cada puerto en el switch
puede lograr, 100 Mb/s Fast Ethernet o 1000 Mb/s Gigabit Ethernet. Por ejemplo, un switch
gigabit con 48 puertos que opera a una velocidad de cable completa genera 48 Gb/s de tráfico.
Si el switch sólo admite una velocidad de reenvío de 32 Gb/s, no puede ejecutar la velocidad
de cable completa a través de todos los puertos de forma simultánea.
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Unidad de Trabajo nº8: Conmutación LAN.
Agregado de enlaces
Como se observa en la figura, se utilizan cuatro puertos separados en los switches C1 y D1 para
crear una agregación de enlaces de 4 puertos. Esta tecnología permite que un grupo de
enlaces físicos de Ethernet cree un enlace lógico de Ethernet con el fin de proporcionar
tolerancia a fallas y enlaces de alta velocidad entre switches, routers y servidores. En este
ejemplo hay un rendimiento equivalente a cuatro veces el de la conexión de único puerto
entre los switches C1 y D2.
Funcionalidad
Otras dos características que hace falta considerar cuando se selecciona un switch son la
funcionalidad que pueden desempeñar como:
•
•
Power over Ethernet (PoE)
Funcionalidades de la Capa 3.
Power over Ethernet (PoE)
Power over Ethernet (PoE) permite que el switch suministre energía a un dispositivo por el
cableado de Ethernet existente.
Como se puede observar en la figura, esta característica puede utilizarse por medio de los
teléfonos IP y algunos puntos de acceso inalámbricos. PoE permite mayor flexibilidad al
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Unidad de Trabajo nº8: Conmutación LAN.
instalar los puntos de acceso inalámbricos y los teléfonos IP porque se les puede instalar en
cualquier lugar donde se puede tender un cable de Ethernet. No es necesario considerar cómo
suministrar energía eléctrica normal al dispositivo. Sólo se debe elegir un switch que admita
PoE si realmente se va a aprovechar esa función, porque suma un costo considerable al switch.
Funcionalidad de capa 3
Normalmente, los switches operan en la Capa 2 del modelo de referencia OSI donde pueden
ocuparse principalmente de las direcciones MAC de los dispositivos conectados con los
puertos del switch. Los switches de la Capa 3 ofrecen una funcionalidad avanzada. Los switches
de la Capa 3 también reciben el nombre de switches multicapas.
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