Repetidor
Segmento 1
Segmento 2
Al utilizar cable UTP, cambió la topología del cableado. Las redes coaxiales
utilizaban una topología de bus,
dónde
el
cable coaxial
recorría todas
las
máquinas
de
su
segmento.
Las
redes
UTP
son
siempre
en
estrella,
por lo
que
es
siempre
necesario
un concentrador
que
a su
vez
realice las
funciones
de
repetidor. Este equipo se conoce habitualmente como “Hub”
Hub
UTP
En las redes Ethernet sobre UTP se disponen siempre de un enlace “punto a
punto”, desde la máquina o PC hasta un
Hub, formando por lo tanto una topología
en estrella, con el Hub en el centro de la misma.
La función principal del Hub es
la de repetir la señal que ingresa por cada
una de
sus “puertas”
hacia todas
las otras “puertas”,
realizando por tanto la
“difusión” que
requiere Ethernet (y que se daba naturalmente en las topologías de bus sobre
cables coaxiales).
Adicionalmente, los Hubs también monitorizan el estado de los enlaces de las
conexiones
a
sus
puertas,
para
verificar
que
la
red
funciona
correctamente
(una
puerta de un Hub puede tener conectada una máquina o un segmento proveniente
de otro
Hub). En
las
redes coaxiales, cuando algo falla en
un determinado
segmento (por ejemplo se produce una rotura en un cable o en un conector), todas
las
máquinas
conectadas
a
ese
segmento
pueden
quedar
inoperantes.
Los
Hubs
limitan el efecto de estos problemas, desconectando el puerto problemático y
permitiendo al resto seguir funcionando correctamente. La avería de un cable
o
conector en
una red punto a punto,
habitualmente, sólo desactivará
una
máquina,
lo
que
en
una
topología
de
bus
ocasionaría
la
desactivación
de
todos
los
nodos
del segmento.
Las recomendaciones
IEEE 802.3 describen las
reglas para el
número
máximo de
repetidores (Hubs) que pueden ser
usados en
una configuración. El
número
máximo de repetidores (Hubs) que pueden encontrarse en el camino de
transmisión entre dos máquinas es de cuatro; el máximo
número de segmentos de
red
entre
dos
máquinas
es
cinco,
con
la
restricción
adicional
de
que
no
más
de
tres de esos cinco segmentos pueden
tener otras estaciones de red conectadas a
ellos (los otros segmentos deben de ser enlaces entre repetidores, que
simplemente conectan repetidores). Estas reglas son determinadas por cálculos
de las máximas
longitudes de cables
y
retardos de
repetidores. Las
redes que las
incumplen puede que aún funcionen, pero están sujetas a fallos esporádicos o
problemas
frecuentes
de
naturaleza
indeterminada.
Además,
usando
repetidores,
simplemente extendemos la red a un tamaño mayor. Cuando esto ocurre, el ancho
de banda de la red puede resultar un problema; en este caso, los “switches”
(conmutadores)
pueden
usarse
para
particionar
una
gran
red
en
segmentos
más
pequeños que operan más eficazmente (Ver 3.3).
Lo
más
importante
a
resaltar
sobre
los
Hubs
es
que
sólo
permiten
a
los
usuarios
compartir Ethernet, es decir, implementar un medio físico. Una red que utiliza
Hubs es denominada "Ethernet compartida", lo que implica que todos los
miembros de la red compiten por el
uso del medio, formando por lo
tanto
un
único
“dominio de colisión”. Cuando una máquina debe enviar una trama de datos a otra,
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HUB
HUB
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la misma es recibida por el Hub en una de sus puertas, y retransmitida a todas las
otras puertas. Los Hubs no interpretan el contenido de las tramas. Trabajan a nivel
eléctrico (físico), regenerando las señales y retransmitiéndolas.
3.3
Bridges
La función de los “Bridges” (“puentes”) es interconectar redes de distintas
tecnologías. Los bridges pueden conectar entre si
tipos de redes diferentes (como
por ejemplo Ethernet con Fast Ethernet, Ethernet con
Token Ring, etc.). Para ello,
deben
interpretar
la
trama
que
reciben
por
una
de
sus
“puertas”
y
“traducirla”
al
formato adecuado de la puerta de salida. Por lo tanto,
los Bridges debe trabajar a
nivel de la “Capa 2” o Capa de Enlace.
3.4
Switches
3.4.1 Introducción a los Switches
Como se mencionó en 3.2,
los Hubs son concentradores
y
repetidores, que
trabajan a nivel de la capa física, regenerando la señal que reciben por una de sus
puertas y retransmitiéndola por todas las otras puertas.
Sin
embargo,
cuando
las
redes
comienzan
a
crecer,
la
probabilidad
de
colisiones
también crece, generando más retransmisiones, y por lo tanto degradando la
performance general de la red. Para solucionar, o por lo menos disminuir este
problema, pueden utilizarse “Switches” o “Conmutadores”.
Los
“Switches” son dispositivos
que
analizan
las
tramas Ethernet,
y
la
envían
a
la
puerta
adecuada
de
acuerdo
a
la
dirección
de
destino.
A
diferencia
de
los
Hubs,
que trabajan a
nivel de la “Capa 1” (capa física),
los switches trabajan a nivel de la
“Capa 2” (capa de enlace).
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3
SWITCH
3
SWITCH
Esto
permite
que
varias
máquinas
puedan
estar
enviando
tramas
a
la
vez, y
no
existan colisiones.
Para
que
esto
sea
posible,
los
switches
deben
conocer
las
direcciones
de
enlace
(conocidas
como
“direcciones
MAC”
en
Ethernet)
conectadas
a
cada
uno
de
sus
puertos.
La
mayoría
de
los
switches
“aprenden”
de
manera
automática
las
direcciones MAC conectadas a cada puerto en forma automática. Simplemente,
cuando reciben una trama por una puerta, obtienen la dirección de origen y la
asocian
a
la
puerta
por
la
que
se
recibió
la
trama.
Si
por
una
puerta
reciben
una
trama dirigida a una dirección MAC destino desconocida, envían la trama por
todos
los
puertos
(como
lo
haría
un
Hub).
Cuando
la
máquina
de
destino
responda, el switch “aprenderá” en que puerta se encuentra su dirección y las
próximas tramas serán enviadas únicamente a esa puerta.
Dado
que
una puerta de
un
switch
puede estar conectado a otro switch
o
hub, es
posible
que
una
misma
puerta
esté
asociada
a
un
conjunto
de
direcciones
MAC.
Los switches habitualmente pueden almacenar varios cientos o miles de
direcciones MAC por puerta.
Los paquetes del tipo “Broadcast” son enviados a todas las puertas del switch.
Los switches
tienen básicamente
dos
mecanismos de
funcionamiento:
"store
and
forward" (almacenar y remitir) y "cut through" (cortar y atravesar):
“Store
and
Forward”:
Esta
mecanismo
de
trabajo
consiste
en
recibir
por
una puerta una trama completa, para luego analizarla y retransmitirla.
“Cut through”: Dado que la dirección de destino se encuentra al comienzo
de la trama (ver 3.1.3), este modo de trabajo consiste en analizar
únicamente los primeros bytes de la trama,
hasta obtener la dirección de
destino, e inmediatamente comenzar a retransmitir la trama.
El método “Cut through” parece a priori más rápido, ya que
no espera la recepción
completa de la trama para luego retransmitirla. Sin embargo, este
método no
puede validar que la trama recibida sea correcta (ya que comienza a enviarla
antes de recibirla en su totalidad). Si
la trama recibida tuviera errores (o existieran
colisiones en el segmento de red conectado a la puerta del switch por el que
ingresa la trama), éstos errores se propagarán a la puerta de salida del switch. Por
el contrario, el método “Store and Forward” puede detectar los errores o colisiones
en
las
tramas
de
entrada,
y
descartarlas
antes
de
enviarlas
a
la
puerta
de
salida.
Muchos
switches
pueden
trabajar
con
ambos
métodos,
y
el
administrador
de
red
puede decidir cual es el mejor en cada caso.
Muchos
de
los
“switches”
disponibles
en
el
mercado
tienen,
en
el
mismo
equipo,
puertas Ethernet, Fast Ethernet y/o Gigabit Ethernet, sobre UTP o sobre Fibra
óptica, por lo que realizan implícitamente funciones de Bridges (o puentes).
3.4.2 Spanning Tree
Un potencial problema que se presenta al implementar
una red con Hubs
y
Switches es la posibilidad de crear bucles o “loops” entre ellos. Pongamos por
ejemplo una red como la que se muestra en la figura y veamos como se comporta:
1.
Supongamos
que
luego
del
encendido
inicial
de
los
swtiches
A,
B
y
C,
la
Máquina 1 envía una trama dirigida a la máquina 2
2.
El Switch A recibe la
trama
y
registra la dirección de origen (dirección
MAC
de
la
Máquina
1)
en
su
tabla
de
direcciones,
asociándola
al
puerto
correspondiente
(el
superior
en
la
figura).
Luego
analiza
la
dirección
MAC
de destino, y al no encontrarla en sus tablas (se supone que el switch
acaba de ser inicializado) difunde las tramas por todas sus puertas, y
en
particular, hacia la LAN 2
Máquina 1
Switch A
LAN 1
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