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Redes de
Computadoras
Ethernet conmutada
Ing. Eduardo Interiano
Ing. Faustino Montes de Oca
Contenido
z
z
z
z
z
z
Diversos problemas de las comunicaciones
LAN
Segmentación de LAN
Equipos de comunicaciones LAN
Conmutación
Protocolo STP (IEEE 802.1D)
Redes virtuales de área local (VLAN)
IEEE802.1Q
2
¿Qué produce la congestión?
z
z
z
z
z
Computadores más rápidos
Las aplicaciones que hacen uso intensivo de
la red
Aplicaciones multimedia
Aumento del número de usuarios de la red
Aumento del tamaño de los archivos
3
¿Qué se puede hacer para
aliviar la congestión?
z
z
Se necesita más ancho de banda
O usar con más eficiencia el ancho de banda
disponible
4
¿Cuáles problemas afectan el
desempeño de las redes Ethernet?
z
z
z
z
z
La naturaleza de broadcast para la entrega de la
trama de datos de las LAN Ethernet/802.3
El. método de acceso múltiple con detección de
portadora y detección de colisiones (CSMA/CD)
Las aplicaciones multimedia con mayor demanda de
ancho de banda
La
. latencia normal de los dispositivos de capas 1, 2
y 3; y la agregada por los repetidores
La extensión de las redes Ethernet/802.3 con
repetidores
5
Desventajas de las redes
Ethernet
z
El método de acceso CSMA/CD no garantiza
un tiempo de respuesta determinístico
z
El desempeño de la red está en función del
número de dispositivos que se conecten.
z
El tráfico no debe exceder el 40% de
utilización del ancho de banda.
6
Las desventajas de las redes
Ethernet
z
z
z
z
z
Existen colisiones
No son
determinísticas
Son half-duplex
Usa broadcast
Su rendimiento
baja al aumentar el
número de
usuarios
7
¿Qué es la latencia?
La latencia, o retardo de
propagación, es el tiempo que una
trama o paquete de datos tarda
hacer el recorrido desde la estación
o nodo origen hasta su destino.
8
¿Qué factores afectan la
latencia?
z
z
z
El tamaño de la red
El número dispositivos de la
red
El número y tipo de los equipos
de comunicación de la red
9
¿Qué es el tiempo de
transmisión?
z
z
Es el tiempo que le lleva a una trama o
paquete para desplazarse desde la capa de
enlace de datos hasta la capa física
A 10Mbps tenemos:
10
Equipos de comunicaciones
LAN
z
Repetidor (repeater)
z
Transceptor (transceiver)
z
Concentrador (hub)
z
Puente (bridge)
z
Conmutador (switch) LAN
z
Enrutador (router)
11
Repetidores, concentradores, puentes,
conmutadores, enrutadores y
conpuertas
z
z
(a) La capa de trabajo de cada dispositivo
(b) Tramas, encabezados y paquetes
12
Repetidores, concentradores, puentes,
conmutadores, enrutadores y
conpuertas (2)
(a) Concentrador (b) Puente. (c) Conmutador
13
Repetidor
z
z
z
z
Es el más rápido
Usado para extender la longitud física de las
redes
Trabaja en la capa física del modelo de
referencia OSI
Existe uno para cada tecnología de red
14
Repetidor (2)
z
Los repetidores son equipos diseñados
específicamente para amplificar o regenerar
la señal que se recibe en su entrada
15
Repetidor (3)
Repetidor
16
Tipos de repetidores
z
Pasivos y activos
z
Amplificadores y regeneradores
z
z
Al amplificar, se amplifica el ruido y por lo tanto
hay un límite a la cantidad de veces que se puede
amplificar hasta que la relación señal ruido
mínima ya no es satisfecha
Al regenerar, se recuperan los datos de la señal y
luego se vuelven a transmitir, tal como la primera
vez
17
¿Qué desventajas tiene el uso
de repetidores?
z
Aumentan el tamaño del dominio de colisión
18
Transceptor
z
z
z
Usado para cambiar el tipo de medio entre
dos segmentos de red
Trabaja en la capa física del modelo OSI
Existe uno para cada pareja de tecnologías
de red
19
Concentrador o hub
z
Usado para conectar múltiples nodos a la red
z
Trabaja en la capa física del modelo OSI
z
Puede ser considerado como un repetidor
multipuerto
20
La escalabilidad
21
¿Por qué segmentar la LAN?
Los datos de los segmentos
se transmiten a través del
backbone
La congestión se
mantiene dentro
del segmento
22
Los dominios de colisión
Cada segmento
comparte el ancho
de banda.
Los puentes, conmutadores
LAN y enrutadores
segmentan la red en dominios
de colisión.
23
Conmutación en la capa de
enlace de datos
z
Varias LAN conectadas por un backbone
manejan una carga total mayor que la
capacidad de una LAN simple
24
Puente
z
z
z
Trabaja en la capa de enlace de datos del
modelo de referencia OSI
Utiliza las direcciones físicas para
intercambiar información entre nodos
Divide una red grande en segmentos
pequeños ayudando a reducir el tráfico y
aumentando el rendimiento de la red
25
Puente
z
z
z
z
Los puentes sirven para unir dos tipos de
redes diferentes
Los puentes no toman en cuenta los
protocolos de los niveles altos
Su función está localizada en el subnivel MAC
del nivel de datos del modelo OSI
Típicamente trabajan en software
26
Puente
27
Segmentación con puentes
Filtran las tramas.
Aumentan el ancho de
banda al existir menos
usuarios por segmento.
Añaden más latencia
(10% a 30%), por
trabajar en software.
Utilizan las direcciones
MAC para crear tablas de
puenteo.
28
Segmentación con puentes (2)
z
z
z
z
La segmentación hace que hayan menos
usuarios por segmento
Los puentes almacenan y luego envían
tramas basándose en direcciones de capa de
enlace de datos
Son independientes de los protocolos de
capa de red
Aumentan la latencia
29
Interconexión local de redes
z
z
Los puentes tienen tablas con las direcciones
MAC de los clientes conectados a cada
puerto
Para B2 el cliente A se encuentra en LAN2
30
El algoritmo backward
learning
z
z
z
z
Usado por los puentes transparentes para
administrar las tablas de mapas entre direcciones
MAC
Al inicio, cuando las tablas están vacías, el puente
usa flooding y envía las tramas por todos los
puertos
Las interfaces del puente funcionan en modo
promiscuo y analizan las direcciones MAC de todas
las tramas que reciben
Las direcciones MAC así aprendidas son marcadas
con la hora y sufren de envejecimiento
31
Tablas de puenteo
32
El algoritmo usado por los
puentes para transmitir
z
z
z
Si la trama entra por el mismo puerto en el
cual está el destino; entonces, ignórela
Si la trama entra por un puerto diferente al
destino; entonces, envíela por el puerto
destino
Si no conoce el puerto destino de la trama;
entonces, envíela por todos los puertos
(flooding)
33
Puenteo desde 802.x a 802.y
z
Operación de un puente LAN desde 802.11
hacia 802.3 (Access Point)
34
Puenteo desde 802.x a 802.y
(2)
z
z
Debido a las diferencias en los formatos de
tramas IEEE 802, el puente debe reformatear
las tramas al cambiarlas de un puerto a otro
El puente debe ser transparente
35
Puentes remotos
z
z
Los puentes remotos pueden ser usados
para interconectar LAN distantes.
Pueden usar protocolos como PPP
36
Enrutador
z
Trabaja en la capa de red del modelo de
referencia OSI
z
Traslada datos de una red a otra utilizando
direcciones lógicas o direcciones de red
z
Determina la mejor ruta para enviar los datos
basado en una tabla de rutas que construye
37
Enrutador
Enrutador
38
Enrutador
z
Los enrutadores si toman en cuenta los
protocolos de los niveles superiores.
z
Están diseñados para soportar ciertos tipos
de protocolos como son TCP/IP, SPX/IPX,
DEC, XNS, etc.
39
Segmentación con
enrutadores
Provocan pérdida de
rendimiento de los
protocolos (20% a
30% y 30% a 40%).
Basan sus decisiones
de envío de paquetes
en la capa de red.
40
Segmentación con
enrutadores (2)
z
z
z
z
z
Más configurable
Mayor funcionalidad
Múltiples rutas activas
Dominios de colisión y broadcast más
pequeños
Operan en las capas 3 y 4 del modelo OSI
41
Enrutador
42
Topología de una red ejemplo
208.3.7.0
A
.1
.2
.2
C
.1
.1
.2
215.4.1.0
205.5.6.0
B
43
Conmutador LAN
z
z
z
Trabaja en la capa de enlace de datos del
modelo de referencia OSI
Trabajan en hardware y se pueden
considerar como puentes multipuerto
Proveen enlace dedicado de alta velocidad
entre segmentos de redes
44
Conmutador LAN
z
z
Divide una red grande en segmentos
pequeños ayudando a reducir el tráfico y
aumentando el rendimiento de la red
Reducen el tamaño de los dominios de
colisión, aumentando el número de dominios
de colisión; esto es llamado
microsegmentación
45
Conmutador LAN
z
z
z
Filtran tramas basados en las direcciones de la capa
de enlace o direcciones MAC
Crean rutas o canales virtuales de comunicación
entre pares de puertos de tal forma que la
comunicación entre un par de puertos no se ve
afectada por otra comunicación entre cualquier otro
par de puertos
En el caso de tener un único host por puerto del
conmutador, permite la comunicación full-duplex,
duplicando efectivamente el ancho de banda
46
Conmutador
Conmutador
47
Segmentación con
conmutadores LAN
Aumentan la
latencia; pero menos
que los puentes por
trabajar en hardware
Por lo demás tienen
las mismas ventajas
que los puentes.
Utilizan diferentes
estrategias para la
conmutación de las
tramas.
48
Ethernet conmutada 10/100
49
FastEthernet conmutada
50
Segmentación con
conmutadores LAN (2)
z
z
z
Un conmutador elimina el impacto de las
colisiones mediante la microsegmentación
Baja latencia a velocidades elevadas de
envío de tramas en cada puerto de interfaz
Funciona con las tarjetas de interfaz de red y
cableado existentes que cumplan con IEEE
802.3 (CSMA/CD)
51
Conmutación LAN
z
Existen dos tipos:
z
Conmutación simétrica: conexiones
conmutadas entre puertos de la misma velocidad.
Ejemplo entre puertos de 10Mbps o entre puertos
de 100Mbps
z
Conmutación asimétrica: conexiones
conmutadas entre puertos con velocidades
diferentes. Ejemplo 1 puerto de 100Mbps y varios
de 10Mbps
52
Estrategias de conmutación
LAN
z
z
Estrategias de conmutación LAN, ¿cuáles
tipos existen?
Existen al menos dos grandes tipos:
z
z
Almacenamiento y envío (Store and Forward)
Fast switching
z
z
Corte (cut-through)
Libre de fragmentos (Fragment free)
53
Estrategias de conmutación:
Corte
z
Recibe los primeros 14 bytes de la
trama hasta leer la dirección MAC del
destino y luego retransmite
z
Es el más rápido de los métodos de
conmutación
54
Estrategias de conmutación:
Libre de fragmentos
z
Recibe los primeros 64 bytes y verifica
que no haya habido colisiones antes de
retransmitir
z
Introduce una latencia o retardo medio
correspondiente a 64 bytes
55
Estrategias de conmutación:
Almacena y transmite
z
Recibe toda la trama hasta verificar con
el FCS que aquella no tiene errores y
luego retransmite
z
Es el más lento de los métodos,
introduce un retardo por latencia que
depende del tamaño de la trama (64
a1518 bytes)
56
Estrategias de conmutación:
comparación de la latencia
A
A
14
B
50
Cut-through
B
Fragment-free
Store and
forward
64 bytes
t
57
Puentes Spanning Tree
z
Dos puentes trasparentes en paralelo
pueden tener una tormenta de broadcast
58
El protocolo spanning tree
z
z
z
El STP permite que existan caminos
redundantes a prueba de fallas en la red; sin
que existan lazos en la red
Usa unas tramas especiales llamadas BPDU
(Bridge Protocol Data Units) para establecer
la topología de la red
El STP detecta y desactiva los lazos en la
red, deshabilitando algunas interfaces de los
conmutadores, que son activadas en el caso
de falla de una conexión activa
59
Puentes Spanning Tree (2)
z
El spanning tree crea una topología libre de lazos
z
z
(a) LAN interconectadas
(b) Un spanning tree cubriendo las LAN
60
Los estados del STP
z
z
z
z
z
Blocking: No transmite; escucha BPDU
Listening: No transmite; escucha tramas
Learning: No transmite; escucha direcciones
Forwarding: transmite tramas; escucha
direcciones
Disabled: No transmite ni escucha BPDU
61
Virtual LANs
z
Un edificio con cableado centralizado que usa
concentradores (hubs) y conmutadores (switches)
62
LAN virtuales (VLAN)
z
z
z
Una VLAN es un grupo lógico de dispositivos de red
que no están limitados a estar físicamente
conectados a un único segmento físico
Los dispositivos o usuarios de las VLAN pueden ser
agrupados por función, departamento o aplicación
independientemente de en cual segmento físico se
encuentren
Las VLAN crean un dominio de broadcast que no
está restringido a un mismo segmento físico y son
tratadas como una subred
63
Redes virtuales de área local
VLAN
z
(a) Cuatro LAN físicas organizadas por dos puentes
en dos VLAN, gris y blanca. (b) Las mismas 15
máquinas organizadas en VLAN por conmutadores
LAN (switches)
64
Asignación de VLAN
z
z
z
Cada puerto es asignado a una VLAN
Cada dirección MAC es asignada a una
VLAN
Cada protocolo de capa 3, dirección IP o
subred es asignada a una VLAN
65
El estándar IEEE 802.1Q
z
Conmutadores con conocimientos de 802.1q
Los símbolos sombreados son conocen acerca de
VLAN; los vacíos no.
66
El estándar IEEE 802.1Q (2)
z
La trama 802.3 y nuevo formato 802.1Q
z
z
z
Pri 3 bits: para priorizar tráfico. Tiempo real duro,
suave e independiente del tiempo
CFI 1 bit: indica que viaja una trama 802.5
Identificador de VLAN: 12 bits
67
Referencias
z
Tanenbaum, Andrew S.. Redes de
Computadoras 3ª Ed. Pearson, México,
1997
68