INTRODUCCION A LAS LAN 802.3/ETHERNET.- 2.1.1 ELEMENTOS CLAVE DE LAS REDES 802.3/ETHERNET.- En este tema, se describirán los componentes clave del estándar Ethernet que desempeñan un importante papel en el diseño y en la implementación de las redes de conmutación. Se analizará cómo funcionan las comunicaciones Ethernet y el papel que desempeñan los switches en el proceso de comunicación.
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 está basado en la tecnología de acceso múltiple por detección de portadora y detección de colisiones (CSMA/CD) IEEE. Seguramente recordará de CCNA Exploration: Aspectos básicos de networking, que CSMA/CD se utiliza solamente con la comunicación half-duplex que suele encontrarse en los hubs. Los switches full-duplex no utilizan CSMA/CD.
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, los medios contarían con dos dispositivos transmitiendo señales al mismo tiempo. Los mensajes se propagan en todos los medios hasta que se encuentran. En ese momento, las señales se mezclan y los mensajes se destruyen: se ha producido una colisión. Aunque los mensajes se dañan, la mezcla de señales continúa propagándose en todos los medios.
Detección de colisiones
Cuando un dispositivo está en el modo de escucha, puede detectar cuando se produce una colisión en los medios compartidos, 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, además de 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.
Comunicaciones Ethernet Consulte el área de Comunicaciones Ethernet seleccionada en la figura. Las comunicaciones en una red LAN conmutada se producen de tres maneras: unicast, broadcast y multicast:
Unicast: Comunicación en la que un host envía una trama a un destino específico. En la transmisión unicast sólo existen un emisor y un receptor. La transmisión unicast es el modo de transmisión predominante en las LAN y en Internet. Algunos ejemplos de transmisiones unicast son: HTTP, SMTP, FTP y Telnet.
Broadcast: Comunicación en la que se envía una trama desde una dirección hacia todas las demás direcciones. En este caso, existe sólo un emisor pero se envía la información a todos los receptores conectados. La transmisión broadcast es fundamental cuando se envía el mismo mensaje a todos los dispositivos de la LAN. Un ejemplo de transmisión broadcast es la consulta de resolución de direcciones que envía el protocolo de resolución de direcciones (ARP) a todas las computadoras en una LAN.
Multicast: Comunicación en la que se envía una trama a un grupo específico de dispositivos o clientes. Los clientes de la transmisión multicast deben ser miembros de un grupo multicast lógico para poder recibir la información. Un ejemplo de transmisión multicast son las transmisiones de voz y video relacionadas con las reuniones de negocios en conferencia basadas en la red.
ampo Dirección MAC de destino
El campo Dirección MAC de 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
El campo Dirección MAC de origen (6 bytes) identifica la NIC o interfaz que origina la trama. Los switches utilizan esta dirección para agregar dicha interfaz a sus tablas de búsqueda.
Configuración de Duplex
Se utilizan dos tipos de parámetros duplex para las comunicaciones en una red Ethernet: half duplex y full duplex. La figura muestra los dos parámetros dúplex que están disponibles en los equipos de red modernos.
Half Duplex: La comunicación half-duplex se basa en un flujo de datos unidireccional en el que el envío y la recepción de datos no se producen al mismo tiempo. Esto essimilar a la función de las radios de dos vías o dos walki-talkies en donde una sola persona puede hablar a la vez. Si una persona habla mientras lo hace la otra, se produce una colisión. Por ello, 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. Las comunicaciones half-duplex presentan problemas de funcionamiento debido a la constante espera, ya que el flujo de datos sólo se produce en unadirección a la vez. Las conexiones half-duplex suelen verse en los dispositivos de hardware más antiguos, como los hubs. Los nodos que están conectados a los hubs y que comparten su conexión con un puerto de un switch deben funcionar en el modo hal-fduplex porque las computadoras finales tienen que tener la capacidad de detectar las colisiones. Los nodos pueden funcionar en el
modo half-duplex si la tarjeta NIC no puede configurarse para hacerlo en full duplex. En este caso, el puerto del switch también adopta el modo half-duplex predeterminado. Debido a estas limitaciones, la comunicación full-duplex ha reemplazado a la half duplex en los elementos de hardware más modernos.
Full duplex: 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. Actualmente, la mayoría de las tarjetas NIC Ethernet, Fast Ethernet y Gigabit Ethernet disponibles en el mercado proporciona capacidad full-duplex. En el modo full-duplex, el circuito de detección de colisiones se encuentra desactivado. Las tramas enviadas por los dos nodos finales conectados no pueden colisionar, dado que éstos utilizan dos circuitos independientes en el cable de la red. Cada conexión full-duplex utiliza un solo puerto. Las conexiones full-duplex requieren un switch que admita esta modalidad o bien una conexión directa entre dos nodos compatibles con el modo ufll duplex. Los nodos que se conecten directamente al puerto de un switch dedicado con tarjetas NIC capaces de admitir full duplex deben conectarse a puertos de switches que estén configurados para funcionar en el modo 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 full-duplex, 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 duplex que coincidan con el tipo de medio. Más adelante en este capítulo se configurarán los parámetros de duplex. Los switches Cisco Catalyst cuentan con tres parámetros:
La opción auto establece el modo autonegociación de duplex. 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.
Para los puertos 10/100/1000 y Fast Ethernet, la opción predeterminada es auto. Para los puertos 100BASE-FX, la opción predeterminada es full. Los puertos 10/100/1000 funcionan tanto en el modo half-duplex como en el full-duplex cuando se establecen en 10 ó 100 Mb/s, pero sólo funcionan en el modo full-duplex cuando se establecen en 1000 Mb/s.
2.1.2 ASPECTOS QUE SE DEBEN TENER EN CUENTA PARA LAS REDES 802.3/ETHERNET En este tema, se describirán las pautas de diseño de Ethernet que se necesitan para interpretar los diseños jerárquicos de las redes para las empresas pequeñas y medianas. Este tema se centra en los dominios de colisiónes y de broadcast, y en el modo en que éstos afectan el diseño de las LAN.
Ancho de banda y rendimiento
Una importante desventaja de las redes Ethernet 802.3 son las colisiones. 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. Los hosts transmisores detienen la transmisión por un período aleatorio, conforme a las reglas de Ethernet 802.3 de CSMA/CD.
Dado que Ethernet no tiene forma de controlar cuál será el nodo que transmitirá en determinado momento, sabemos que cuando más de un nodo intente obtener acceso a la red, se producirán colisiones. La solución de Ethernet para las colisiones no tiene lugar de manera instantánea. Además, los nodos que estén involucrados en la colisión no podrán dar comienzo a la transmisión hasta que se resuelva el problema. Cuanto mayor sea la cantidad de nodos que se agreguen a los medios compartidos, mayor será la posibilidad de que se produzcan colisiones. Por ello, es importante comprender que al establecer el ancho de banda de la red Ethernet en 10 Mb/s, el ancho de banda completo para la transmisión estará disponible sólo una vez que se hayan resuelto las colisiones. El rendimiento neto del puerto (la cantidad promedio de datos eficazmente transmitidos) disminuirá de manera significativa según la cantidad de nodos adicionales que se utilicen en la red. Los hubs no ofrecen mecanismo alguno que sirva para eliminar o reducir estas colisiones y el ancho de banda disponible que cualquier nodo tenga que transmitir se verá reducido en consecuencia. Por lo tanto, la cantidad de nodos que comparta la red Ethernet influirá en el rendimiento o la productividad de dicha red.
Dominios de colisión
Al expandir una LAN Ethernet para alojar más usuarios con mayores requisitos de ancho de banda, aumenta la posibilidad de que se produzcan colisiones. Para reducir el número de nodos en un determinado segmento de red, se pueden crear segmentos físicos de red individuales, llamados dominios de colisión.
El área de red donde se originan las tramas y se producen las colisiones se denomina dominio de colisiones. Todos los entornos de los medios compartidos, como aquellos creados mediante el uso de hubs, son dominios de colisión.
EENVÍO DE TRAMAS MEDIANTE UN SWITCH 2.2.1 METODOS DE REEVÍO DEL SWITCH.- Métodos de reenvío de paquetes del switch
En este tema, se describirá cómo los switches reenvían tramas Ethernet en una red. Los switches pueden funcionar de distintos modos y éstos pueden tener tanto efectos positivos como negativos.
Anteriormente, los switches solían utilizar uno de los siguientes métodos de reenvío para conmutar datos entre los puertos de la red: conmutación por método de corte o almacenamiento y envío. El botón Métodos de reenvío del switch muestra estos dos métodos. Sin embargo, almacenamiento y envío es el único método de reenvío que se utiliza en los modelos actuales de los switches Cisco Catalyst.
Conmutación de almacenamiento y envío
En este tipo de conmutación, cuando el switch recibe la trama, la almacena en los buffers 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 SIMÉTRICA Y ASIMÉTRICA.- Conmutación simétrica y asimétrica
En este tema, se estudiarán las diferencias entre la conmutación simétrica y asimétrica en una red. 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.
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 asimétrica proporciona conexiones conmutadas entre puertos con distinto ancho de banda; por ejemplo, una combinación de puertos de 10 Mb/s, 100 Mb/s y 1000 Mb/s. La figura muestra las diferencias entre la conmutación simétrica y la asimétrica.
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 buffers de memoria y se envían al puerto una después de la otra según se requiera.
Simétrico
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.
CONMUTACION DE CAPA 2 Y CAPA 3.- Conmutación de Capa 2 y Capa 3
En este tema, se revisará el concepto de conmutación de Capa 2 y se introducirá la conmutación de 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, como el Catalyst 3560, funciona de modo similar a un switch de Capa 2, como el Catalyst 2960, pero en lugar de utilizar sólo la información de las direcciones MAC 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.
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