Capitulo 4. Principios de Conmutación y enrutamiento.

Switches

Un Switch es un dispositivo de networking, que conecta segmentos de red, separando dominios de colisión, microsegmentando la red. En principio no es más que un puente multipuerto, que opera en la capa 2 del modelo OSI.

Para redes Ethernet, cuando un switch se inicializa, construye una tabla de las direcciones físicas (MAC) de los dispositivos que tiene conectados a cada uno de sus puertos, agregando cierta inteligencia en el envío de tramas en la red. que vale mencionar, también tienen su propia dirección física. Como consecuencia un Switch de 100 puertos de red (también tiene otros puertos auxiliares, algunos para administración), tiene 100 direcciones MAC.

Los Switches aumentan considerablemente el rendimiento de la red, por cuanto idealmente eliminan las colisiones. Decimos idealmente en el caso de que, en cada puerto del switch, exista un único dispositivo final. Siendo así, ese puerto (y por consiguiente el segmento mismo conectado a él) puede operar en modo Full Duplex (por supuesto, ya que el medio no sería compartido por más nadie que el host y el switch). Si por el contrario, se opta por conectar varios dispositivos en ese segmento, digamos, con un concentrador (hub), entonces habremos compartido nuevamente el medio, dando lugar a la ocurrencia de colisiones y obligando al switch a colocar el enlace en modo Half Duplex.

Tipos de Switches

Desde el punto de vista de operación, podemos clasificarlos como Configurables y No Configurables. Estos últimos, son básicamente la variedad de switch de uso personal, en redes hogareñas o similares en estructura, semi-aisladas. No requiere más que simplemente conectarlo para operar.

Los configurables son una variedad más robusta que admite programación por un puerto de consola, al que se accede a través de una sesión de terminal, configurandola de acuerdo a las indicaciones del equipo; también puede admitir programación a través de la CLI (interfaz de línea de comandos) a la cual se accede mediante una solicitud de Telnet. Entre las opciones de configuración (además del levantamiento lógico de los puertos) están el poder activar el protocolo Spanning Tree y crear y administrar VLAN's.

También es posible clasificarlos de acuerdo a la capa en que operan. Como se dijo, en principio los switches operan en la capa 2, esto es, que conmutan las tramas entre sus puertos basados únicamente en sus tablas de almacenamiento de MAC's. Los switches pueden conmutar de diversos modos:

• Almacenamiento y envío: El switch retiene la trama completa y verifica su integridad mediante el campo de la FCS, así chequea los posibles errores en vez de hacerse en el destino.

• Corte y envío: Tan pronto lee la dirección MAC de destino, la envía por el puerto correspondiente de salida. Aunque es evidente que este modo demora mucho menos, es posible que el switch reenvíe una trama del tipo runt (Capítulo 2). Para este modo, ambos puertos involucrados deben operar a la misma velocidad (conmutación síncrona), pues es posible que el puerto de salida esté ocupado en el momento que se disponga a recibir la trama. En este caso el switch debe cambiar a almacenamiento y envío.

• Libre de fragmentos: Este modo es un compromiso entre los 2 anteriores, lee los primeros 64 bytes, y la conmutación comienza antes de que se lean los datos y la FCS. Este método verifica la confiabilidad del direccionamiento.

Existen además, algunas clases de siwtches que operan en otras capas:

• Switch de capa 3: Electrónicamente se pueden diferenciar de un router de propósito general en la implementación física. En el router la conmutación de paquetes la realiza un microprocesador, mientras en el switch lo hace un circuito integrado de aplicación específica (ASIC). Se puede decir, que es un router menos robusto.

• Switch de capa 3 y/o 4: Además de lo anterior, estos switches pueden enrutar entre VLAN's y/o puertos, como un router común.

• Switch de capas superiores 4-7: Tienen la capacidad de hacer balanceo de carga de acuerdo al tráfico solicitado por algún grupo de usuarios hacia un servicio requerido en un puerto específico. Esto frecuentemente involucra el mapeo de direcciones ip y puertos mediante el proceso de NAT.

Bandwidth (ancho de Banda)

Dentro de este contexto, es muy común oir el término ancho de banda ó ancho de banda digital, refiriéndose simplemente a la velocidad máxima teórica para trasmitir data sobre la red, y se expresa generalmente en bit/s. Aunque en redes, ésta es siempre la unidad en que se expresa, muchas veces el concepto se refiere a algo relativamente distinto. En el contexto de los switches, se suele llamar bandwidth a la velocidad a la cual pueden trabajar los puertos del switch

Throughput

Una definición simple es el número de bits por segundo que son físicamente entregados. Una definición un poco más formal sería la tasa de mensajes exitosamente entregados sobre el canal. Por esa razón el Throughput máximo teórico sería igual al bit rate, o velocidad de la línea o bandwitdh digital del la línea.

Protocolo Spanning Tree

Aunque a menudo se recomienda la interconexión con rutas redundantes en pro de aumentar la confiabilidad y tolerancia a fallas, esto puede tener el efecto inverso cuando ocurren los bucles de conmutación. Por esta razón se desarrolló el protocolo STP, Spanning Tree Protocol. Cada switch en con el protocolo STP levantado, envía una BPDU (Unidad de datos de protocolo de puente) desde todos sus puertos para que los otros switches sepan de su existencia y elijan un puente raíz para la red, el proceso finaliza cuando, logran resolver y desconectar de forma lógica las rutas redundantes, sin embargo físicamente las rutas siguen disponibles.

Funcionamiento del Protocolo

El algoritmo Spanning Tree (STA) es quién está detrás de la convergencia de la red lógica de los switches. El algortimo realiza lo siguiente:

• Escoje un Switch raíz: Los switches poseen un número que consiste en un identificador y un número de prioridad.

• hola

Cada puerto del switch con STP pasa por los siguientes cinco estados:

• De la inicialización al bloqueo: Esto es, sólo recibe las BPDU. No se recibe ni envía información de usuario.

• Del bloqueo a escuchar: Recibe las BPDU y espera por cualquier nueva información que lo pueda regresar al estado anterior..

• De escuchar a aprender: No envía datos de usuario, pero si construye las tablas MAC.

• De aprender a enviar: Operación regular. No obstante, sigue monitoreando las BPDU en caso de que deba volver al bloqueo para evitar bucles.

• De envío a desactivado: El puerto pasa a estar administrativamente apagado.

Hola