LAN Conmutadas

Conmutación (Switching).

Bases De La Conmutación: Bridges.

Los Puentes permiten extender de forma transparente los límites de los segmentos de una LAN sin importar los protocolos de niveles superiores (TCP/IP, Appletalk, IPX).

Existen versiones con capacidad de unir segmentos geográficamente distantes utilizando puentes remotos. En definitiva, permiten una extensión de las LAN sin necesidad de modificar el software instalado.

Podemos diferenciar varios tipos:

  • Transparent Bridging.
  • Spanning Tree Algorithm.
  • Source Routing Bridging.
  • Source Routing Transparent Bridging.
  • Translational Bridges.

Transparent Bridging ( TB )

Conectan dos o más segmentos de LAN utilizando las direcciones MAC de 48 bits. La decisión de reenviar una trama es tomada de acuerdo a unas tablas topológicas que indican el segmento donde se encuentra cada estación.

Estas tablas son auto-construidas por los puentes monitorizando los enlaces:

  • Cuando leen una dirección fuente que no tienen registrada, crean una nueva entrada en la tabla indicando el segmento donde ha sido leída.
  • Las direcciones destino son buscadas en la tabla; si se encuentran en el mismo enlace donde fueron leídas, dejan pasar la trama, la encuentran y es reenviada al enlace perteneciente al otro segmento.

Una característica básica de los puentes TB es que evitan la necesidad de que los nodos de la red tengan conocimiento de la topología, resultando su existencia “transparente” a las estaciones de trabajo. (ver figura 4.1).

 

Anexo 1

Source Routing Bridging ( SRB )

Es una tecnología diseñada por IBM para las redes Token Ring. A diferencia de los TB, aquí las estaciones son las que conocen que ruta seguirán las tramas para llegar a su destino mientras que los puentes se limitan a consultar la cabecera de la trama para saber si deben o no pasar la trama al anillo adyacente. La información de ruta, contenida en el campo de información de enrutamiento (RIF) consiste en una secuencia de identificadores de anillos y puentes que la trama debe seguir.

El conocimiento de la topología por parte de las estaciones requiere un periodo de aprendizaje por parte de las mismas. Para hacer esto, el algoritmo SRB realiza dos búsquedas: (ver figura 4.2).

  • Búsqueda de la estación destino dentro del propio segmento.
  • Búsqueda de la estación destino fuera del propio segmento.

Anexo 2

4.1.3 Source Routing Transparent Bridging (SRTB )

Es similar al SRB con la diferencia de que si un puente de estas características recibe un Frame sin información de ruteo, se le aplica el mecanismo de los TB para reenviar el Frame si fuera necesario. Es un estándar utilizado en redes Ethernet, Token Ring y FDDI.

 

4.1.4 Translational Bridges

Se utilizan para interconectar redes locales de diferentes tipos, como una Token Ring conectada a una Ethernet. El método más utilizado para este tipo de interconexiones es el empleo de ruteadores, pero existen situaciones donde un puente puede aportar más ventajas que un ruteador. El trabajo fundamental es  el de realizar la conversión de formato de tramas a nivel MAC. (ver figura 4.3).

 

El puente “Traductor” puede y debe realizar las siguientes funciones:

  • Conversión de formatos de tramas
  • Manejar diferentes velocidades de red:
    1. 10 Mbps
    2. 10 Mbps
    3. 4 o 16 Mbps

Anexo 3

Switches

 

Las redes locales de medio físico compartido deben implementar un mecanismo que arbitre el acceso al medio y, consiguientemente, la capacidad de transmisión queda dividida.

 

Estos sistemas cuentan con el inconveniente añadido de que todas las tramas pasan por todas las estaciones, lo que significa no pocos inconvenientes respecto a la confidencialidad. Si se quieren evitar estos problemas y a la vez aumentar la capacidad agregada de toda la red, se pueden utilizar conmutadores (Switches) que proporcionen anchos de banda dedicados a cada una de las estaciones conectadas.

 

 

 

Es decir, hemos pasado de anchos de banda compartidos a anchos de banda dedicados para cada estación.

 

La forma como trabaja un conmutador es muy similar a la de una pequeña central telefónica: cada estación se conecta a un puerto del conmutador a través de un medio único, por lo cual cada estación, de manera ideal, dispone de todo el ancho de banda de su segmento, pues no tiene con quien competir.

 

Tipos de Conmutadores:

 

On The Fly

Una vez determinada la dirección destino se envía la trama, sin ningún tipo de comprobación, al punto o puerto correspondiente.

 

Store And Forward

El conmutador dispone de un buffer intermedio donde se almacenan la trama y se comprueba que no contenga errores antes de enviarla a la dirección destino.  Los conmutadores son dispositivos de reciente aparición y que amplían la gama de posibilidades existentes para interconectar LAN´s. Por sus características son más asimilables a un puente que a un ruteador ya que operan en el nivel 2 y son transparentes a los protocolos que transportan.

 

 

 

Como principal ventaja que presenta su instalación, es que protegen la base instalada, pues la mayor parte de las NIC ya instaladas pueden seguir siendo usadas, hacen más eficiente la asignación de ancho de banda a cada usuario haciendo más eficientes las redes que pasan de ser redes LAN compartidas o ruteadas a ser Redes LAN Conmutadas, y la lógica requerida para esto permite también la generación lógica de grupos de trabajo en redes virtuales (VLAN). (ver figura 4.4).

 

Anexo 4

 

Una forma de resolver el problema de una red con tráfico excesivo, es eliminando el tráfico necesario. Esto se logra con un puente, dividiendo una red en segmentos infiltrando el tráfico según la dirección de la estación de trabajo. El tráfico entre dispositivos del mismo segmento no atraviesa el puente ni afecta otros segmentos. Esto funcionará bien mientras el tráfico entre segmentos no sea demasiado pesado. Si lo les, el puente se puede convertir en cuello de botella y hacer que la comunicación se vuelva más lenta. (ver figura 4.5, 4.6).

 

Anexo 5

Segmentación

  • La segmentación permite reducir la cantidad usuarios por segmento.
  • Los puentes guardan y luego envían todas las tramas basándose en las direcciones de capa 2
  • Independientemente del protocolo de capa 3
  • Aumentó de la latencia en la red

Anexo 6

 

4.2 Tecnologías de red Basadas en Switching.

Existen diversos tipos de conmutadores dependiendo del tipo de red que soportan, así, existen conmutadores para tramas Token Ring, Ethernet, FDDI y pueden encontrarse modelos multitecnologia,

Estándar IEEE 802.3u

La mayoría de los usuarios conoce y trabaja con tecnologías Ethernet, necesita actualmente mas velocidad y más rendimiento dadas las nuevas aplicaciones, por lo que las velocidades de 100 Mbps resultan adecuadas, muchas redes Ethernet de 10 Mbps ya están llegando a sus límites y la solución será emigrar a 100BaseTx  y seguir siendo una red Ethernet. (ver figura 4.7).

 

  • Puede estructurarse con tres tipos de topologías:
  • 100BASE-TX : Cable de par trenzado Categoría 5. 5 de 2 pares UTP, FTP ó STP.
  • 100BASE-T4 : Cable de par trenzado Categoría 3 , Categoría 4 o Categoría 5 de 4 pares TP.
  • 100BASE-FX : Con 2 fibras ópticas multimodo (Tx y Rx).
  • Protocolo CSMA/CD y compatible con todas las aplicaciones de 10BaseT.
  • Longitud máxima: Cable de cobre, 220 mts. entre el Hub y la terminal.
  • Cable de fibra óptica, distancia máxima para el backbone 412 m.

Anexo 7

Estándar IEEE 802.3z

Gigabit Ethernet IEEE 802.3z

La evolución natural de Fast Ethernet ahora 10 veces más rápido, con estas velocidades, se están estableciendo mecanismos de prioritización de trafico para extender el uso de esta tecnología hacia transporte multimedia en LAN aunque todavía hay mucha tecnología propietaria.

  • La misma tecnología que Ethernet y Fast Ethernet.
  • Formato de trama, direcciones MAC, etc.
  • Denominado 1000BaseT
  • Operación en varios medios

 

 

  • 1000BaseT (UTP), 1000BaseCX (STP), 1000BaseSX (Fibra Multimodo), 1000BaseLX (Fibra Monomodo).
  • Para UTP se requiere categoría 5 y los cuatro pares.
  • Estandarización completa (802.3z) sólo está pendiente la versión sobre cable UTP.
  • Interoperabilidad absoluta con Ethernet y Fast Ethernet.
  • Se está trabajando para ofrecer calidad de servicio con normas 802.1p y 802.1q.
  • Productos para operar tanto en el Backbone como en grupos de trabajo.
  • Buena sinergia con los Switches y los Routing Switches.
  • Un siguiente paso es el Gigabit Etherchannel en donde se juntan varios enlaces en paralelo para simular un enlace de mayor velocidad

100 VG – Anylan (Voice Grade)

 

Es una red basada en Hub´s VG  la cual puede transportar tramas Token Ring o 10BaseT a través de Bridges a una velocidad cercana a los 100 Mbps pero sobre cables de par trenzado de Categoría 3, 4 o 5 a cuatro pares, se prevé una implementación sobre cables UTP y STP a dos pares, es un sistema de medio de comunicación compartido con el acceso controlado por un Hub de características muy especiales, este Hub tiene dos tipos de puertos:

 

 

Puertos de Enlace de Bajada (Down Link Port) que sirven para conectar los dispositivos VG AnyLAN a la red, uno para cada terminal.

 

Puertos de Enlace de Subida (Up Link Port) son opcionales y sirven para conectar otros Hub´s VG en cascada y tomando en cuenta su jerarquía.

 

Es una tecnología de medio y ancho de banda compartidos que utiliza un método de acceso denominado Demand Priority (DP).

 

Este método, que garantiza el soporte de aplicaciones multimedia, se basa en un control centralizado y determinístico sin colisiones ni contención. (ver figura 4.8).

 

Anexo 8

 

Redes FDDI (Fiber Distributed Data Interface)

Estándar ANSI X3T9.5

Las redes  basadas en Interfaces de Datos Distribuidas por Fibra Óptica usan un  protocolo Token  Passing que opera a 100 Mbps sobre cables de fibra óptica.

También existen FDDI´s implementadas sobre cables de cobre y se conocen cono TP-DDI (par trenzado) o CDDI (sobre cobre) y pueden ser consideradas como una versión de Token Ring a 100 Mbps, con algunas variaciones en el protocolo.

 

FDDI no fue diseñada para llegar hasta el escritorio (PC´s), por sus altos costos se usa solo para implementar Redes Dorsales (Backbones) de alta velocidad.

Su topología es un doble anillo de fibra óptica por cuestiones de respaldo, al que se conectarán dos tipos de terminales:

DAS

(Dual Access Station): terminal que se conecta a ambos anillo, si el primario se interrumpe, puede usar el secundario de respaldo.

SAS

(Simple Access Station): terminal que sólo se conecta a uno de los anillo por lo tanto no tiene respaldo en caso de falla del medio de transmisión.

 

 

 

 

La aparición de nuevas redes backbone como 100 Base T y AnyLAN así como las nuevas LATM (ATM en ambiente local) han frenado de alguna manera la evolución de FDDI, básicamente por cuestión de costos, sin embargo dicha evolución, continua básicamente en tres direcciones:

 

FDDI II

Esta tecnología es un subconjunto de la FDDI que será capaz de soportar datos, voz y vídeo a alta velocidad, es compatible con FDDI, especifica  el Protocolo de Control de Anillo Híbrido (HRC), que añade servicios de conmutación de circuitos a los ya existentes servicios de conmutación de paquetes de FDDI. El empleo de HRC permite el manejo de servicios de voz por su baja latencia, su competidor más cercano será ATM.

 

CDDI

(Copper FDDI): con el fin de abaratar costes usa un medio metálico de los ya existentes, UTP categoría 5 (CDDI) o STP (SDDI), competidor de FDDI II por sus costos.

 

FFOL

(FDDI Follow On LAN): apunta a los estándares de ATM, está siendo desarrollado por el comité ANSI X3T9/X3T9.5 para cubrir las demandas de backbones de alta velocidad, así como de circuitos E3 para interconectar LAN, redes regionales, MAN. El rango de velocidades va de 600 Mbps hasta 1.25 Gbps actualmente. (ver figura 4.7).

Anexo 9

4.2.1 ATM En Ambientes Locales (Lane / Latm)

Como estándar de comunicaciones ATM nació dentro de la CCITT para la conmutación de WAN aunque, paradójicamente, por el interés despertado en la industria se ha convertido antes en una tecnología LAN. Un aspecto fundamental, para el desarrollo de soluciones ATM en entornos de redes de área local, es la posibilidad de poder ejecutar todas las aplicaciones existentes hoy en día, y que funcionan sobre protocolos típicos como: NetBIOS, IPX, etc.

 

 

 

 

Esta compatibilidad viene dada por un componente de ATM llamado LAN Emulation (LANE) que permite la utilización de dichos protocolos sobre infraestructura ATM.

La aplicación de los Hubs y de él concepto de segmentación llevó al uso de Backbones para facilitar la interconexión de los segmentos autónomos. Un backbone es un segmento especial, generalmente de mayores prestaciones, que realiza las funciones de direccionamiento intersegmentos, y no debería tener, en teoría, estaciones de trabajo conectadas. Un caso especial son los backbones colapsados donde todos los segmentos de una LAN son conectados a un punto central que realiza el direccionamiento sin que exista un segmento físico por el que se desplacen los paquetes. En algunos casos extremos se ha llegado a dedicar un segmento para cada estación que, de esta manera, tiene a su disposición todo el ancho de banda del segmento. (ver figura 4.8).

Anexo 10

La tendencia actual es hacia las LAN conmutadas que proporcionan de forma nativa soportes multimedia, alta escalabilidad y anchos de banda que van desde 10 Mbps hasta 1 Gbps sobre diferentes tipos de cableado.

 

El ATM Aplicado a Las LAN

Una LATM cuenta con una serie de ventajas que contrastan con las limitaciones de las actuales LAN:

  • Por su naturaleza conmutada, el medio físico nunca será en sí mismo el cuello de botella, proporcionando anchos de banda dedicados para cada una de las estaciones.
  • Soporta de forma nativa datos isocrónicos (voz y vídeo) fundamentales para dar soporte a las aplicaciones multimedia.
  • Proporciona un control centralizado lo cual, a pesar de los avances en control distribuido, simplifica y mejora la gestión de cualquier tipo de red.
  • Utiliza la misma tecnología que la futura B-ISDN.

 

Señalización

Debido a la falta de estandarización por parte de la CCITT, las primeras redes ATM utilizaban protocolos de señalización y direccionamientos propietarios incompatibles entre sí. Ante esta situación ATM Forum propuso un estándar para la interfaz Usuario – Red denominado ATM UNI.

 

 

 

Los protocolos de señalización para el establecimiento, mantenimiento y finalización de conexiones definidas por ATM UNI están basados en los protocolos para banda ancha identificados por la especificación Q.2931 manteniendo un alto grado de similitud. Por otro lado, en cuanto a los formatos de las direcciones ATM que identifican a los puntos finales de la Red, distinguiremos entre Private UNI (red privada ATM) y Public UNI (red pública ATM).

En el primer caso las direcciones ATM están modeladas según el formato de un OSI Network Service Access Point (NSAP) siguiendo las especificaciones ISO 8348 y CCITT X.213. Según estas, en una dirección distinguiremos la parte baja denominada DSP (Domain Specific Part), cuya estructura viene definida por la directriz ISO 10589, y la parte alta IDI (Initial Domain Identifier) con varios posibles formatos especificados por ATM UNI. Estos formatos, que han de ser aceptados indistintamente por cualquier red privada ATM, son: DCC ATM Format, IDC ATM Format y E.164 ATM Format que es el modelo seguido para los números de la ISDN. Para el caso de la Public UNI, esta debe soportar una de las siguientes estructuras:

E.164 Address structure

Private ATM Address estructure (los tres posibles formatos especificados para la red privada).

Finalizado el estándar UNI 3.0 ATM Forum ha propuesto también, y como veremos más adelante, un estándar para que las redes actuales de tecnología Ethernet y Token Ring puedan utilizar los servicios de las LATM.

 

 

Topologías De La LATM

La realización más simple de una LATM es la de una topología en estrella en la que cada estación de trabajo tiene una línea dedicada, por ser la más flexible para futuras modificaciones de la configuración o incrementar las prestaciones en cuanto a ancho de banda y gestión de red.

 

Virtual Lan

Cuando se dispone de una red conmutada, como es el caso de las LATM, el concepto de segmento, inevitable en redes de medio físico compartido, no existe, ya que todas las estaciones se conectan a un nodo común a través de un enlace dedicado, de modo que el medio de transmisión nunca será el cuello de botella.

Para una LATM los segmentos son puramente lógicos, establecidos desde el plano de gestión sin existir una correspondencia física como en las LAN actuales. Incluso dos estaciones conectadas a un mismo switch pueden pertenecer a dos segmentos diferentes. La inversa también es válida si dos estaciones conectadas a dos Switches diferentes pertenecen al mismo segmentos. La utilización de segmentos virtuales implementados desde nodos conmutados presenta algunas ventajas organizativas, como la segmentación virtual por departamentos; operativas, como la manipulación topológica con total flexibilidad haciendo posible la configuración dinámica de los segmentos independientemente de la configuración física e incluso de seguridad, como las transmisiones broadcast que quedan limitadas a los miembros