50413211 Hardware Red Switch

7/28/2019 50413211 Hardware Red Switch

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Hardware de Red: EL SWITCH

Modulo II Redes LANFUNDAUC

Instructor: T.S.U. Ali Luna


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El hardware de red se encuentra conformado por los componentesmateriales que se encuentra y que unen a las redes decomputadoras, los dos componentes ms importantes en este casoson los medios de transmisin que pueden transportar las sealesde los computadores que son generalmente cables estndar ocables de fibra ptica, tambin existen las redes que van sin cables y

que se realizan por medio de la transmisin de infrarrojos o pormedio de radiofrecuencias, un adaptador de red que puede permitirel acceso a un medio material que conecta a los computadores,pudiendo recibir los paquetes de transferencia por medio delsoftware de red y transmitiendo instrucciones y peticiones a otroscomputadores, esta informacin puede ser transferida en forma de

dgitos binarios o mas conocidos como bits, unos y ceros, pudiendoser procesados por los circuitos electrnicos que se encuentran enlas computadoras.


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Un Switch es un dispositivo de Networking situado en la capa 2 delmodelo de referencia OSI

Se tiene una gran variedad de switches condistintas caractersticas y por ello distintoscriterios de clasificacin, los cuales son:

Por el Tipo de Administracin:Switches Administrables, aquellos quepermiten cierta funcionalidad de administracin

del switch (VLAN).Switches no Administrables, son aquellosque no permiten ninguna o escasa funcionalidadde configuracin y administracin.

Por la Capacidad:Switches apilables: permiten agrupar varias

unidades sobre un bus de expansin, el busdebe proporcionar suficiente ancho de bandapara manejar comunicaciones full-duplex. Serecomienda comprarlos del mismo fabricantepara evitar problemas de administracin globale intercomunicacin entre los switches. Por logeneral son switches administrables.

Switches no apilables: son aquellos que nosoportan un bus de expansin.

Redes LAN conmutadas: Conmutador Switch


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Por la Modularidad:a. Switches modulares, tienen la capacidad de soportar laagregacin de puertos, como nuevos mdulos, por lo general sonswitches

multicapa por trabajar en capa 2, 3, u otros superiores(Modelo OSI). Generalmente utilizados como switches de troncal(backbone, columna vertebral de la red). Por lo general son switchesadministrables.b. Switches no modulares, no poseen ninguna capacidad deagregacin de mdulos.

Por la Capacidad de Trfico:Se clasifican por las velocidades con las que trabajan, siendo estas 10,100 y 1000 Mbps (1.000.000 de bits por segundo), los de mayorvelocidad por lo general son utilizados como switch de troncal(backbone), pueden ser modulares y administrables.Switch Modular

Switches Apilables


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Un switch es un dispositivo de propsito especial diseado pararesolver problemas de rendimiento de la red, problemas decongestin y embotellamientos. El switch puede agregar mayorancho de banda, acelerar la salida de tramas, reducir tiempo deespera y actualmente el costo por puerto tiende a bajar (costoeconmico). Opera generalmente en la capa 2 del modelo OSI(tambin existen de capa 3 y ltimamente multicapas), reenva lastramas en base a la direccin MAC.


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Para que un equipo terminal pueda comunicarse con otro sin que su

trfico no afecte a otros equipos terminales, los switches (de capa deenlace del modelo OSI) hacen uso de la informacin que nos ofrececada trama, como la direccin MAC (identificador nico en el mundoque se encuentra en cada dispositivo de red, como por ejemplo latarjeta de red de una computadora). Con esta informacin se basapara direccionar la trama solo al puerto en el que se encuentra dichaMAC destino de la trama.

Proceso de aprendizaje de Direcciones en un Switch


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El switch usa una tabla de direcciones MAC, que al reiniciar el equipo seencuentra vaca, cuando un equipo terminal enva una trama a otro, elswitch sabe por que puerto este es recibido, as que obtiene la direccinMAC origen de la trama y crea un registro en la tabla de direcciones con

la tupla (puerto, direccin MAC), al no saber en que puerto se encuentrala direccin destino este enva la trama a todos los dems puertos,menos al puerto por donde recibi la trama (ver la figura 4). Cuando elequipo terminal responde con una trama, el switch obtiene la direccinorigen e ingresa la tupla correspondiente al puerto y direccin MACorigen, desde este momento los equipos terminales origen y destinopueden tener una comunicacin punto a punto, sin que otros equipospuedan monitorear su trfico o provocar colisiones entre ellos. Cuandoel equipo emisor y receptor detienen su comunicacin por cierto tiempo,el switch puede borrar sus registros de la tabla, para tener luego queregistrarlos cuando se comuniquen nuevamente y tener siempreactualizada su tabla. Esto garantiza el normal funcionamiento antecambios constantes de los equipos de red.


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Decisiones de Envi y Filtrado en los Switch

Cuando un equipo terminal enva una trama, al llegar al switch, este verifica sutabla de direccionamiento y si se encuentra la direccin MAC destino es enviadopor el puerto asociado (en la tabla) y solo a ese puerto, si no lo conoce enva a

todos los puertos menos al del emisor.

Existen, ciertos factores que pueden hacer variar las decisiones de envi yfiltrado, entre esos factores estn:

a. Tramas de Difusin y Multidifusin (Broadcast y Multicast Frames)

Estas tramas no tienen una direccin MAC destino de un hardware especifico ode un equipo especifico, la direccin MAC origen es del equipo que envi latrama. Este tipo de tramas es enviado a toda la red (a todos los puertos delswitch, menos al puerto de donde recibi la trama). Ver Tabla 2.


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b. Evitar Ciclos

Al apilar switches es recomendable tenerenlaces redundantes entre ellos para prevenirdesconexiones de la red, ante fallas en un

enlace. La redundancia conlleva problemas algenerarse ciclos, tales como:

1. Tormenta Broadcast (Broadcast storm), algenerarse tramas broadcast por algnequipo estos pueden viajar por la redinfinitamente. Ver figura 5.

2. Recepcin de mltiples copias de tramas, alenviarse la trama de un equipo por dossegmentos distintos hacia un mismo equiporeceptor.

3. Registro de la direccin MAC de un equipo,recibido por distintos puertos (interfaces delswitch).

4. Saturacin de la red, cuando sucedentormentas de broadcast.

Estos problemas son solucionados por elprotocolo de Arbol de Cobertura (Spanning-

Tree Protocol).El protocolo de rbol de Cobertura (Spanning-

Tree Protocol), determina una sola ruta parallegar a algn lugar de la red y los enlaces


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Broadcast (difusin en espaol), es un modo de transmisin deinformacin donde un nodo emisor enva informacin a una multitud denodos receptores de manera simultnea, sin necesidad de reproducir la

misma transmisin nodo por nodo.

Las tecnologas de redes de rea local tambin se basan en el uso deun medio de transmisin compartido. Por lo tanto, es posible la difusinde cualquier trama de datos a todas las estaciones que se encuentrenen el mismo segmento de la red. Para ello, se utiliza una direccin MAC

especial. Todas las estaciones procesan las tramas con dicha direccin.

Por ejemplo la tecnologa Ethernet realiza la difusin enviando tramascon direccin MAC de destino: FF.FF.FF.FF.FF.FF

Hexadecimal Decimal Binario

FF.FF.FF.FF.FF.FF = 255.255.255.255 = 11111111.11111111.11111111.11111111

Que es un BROADCAST


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Tabla de nmeros Decimales, Hexadecimales y Binarios

Decimal Hexadecimal Binario0 0 0000

1 1 0001

2 2 0010

3 3 0011

4 4 0100

5 5 0101

6 6 0110

7 7 0111

8 8 1000

9 9 1001

10 A 1010

11 B 1011

12 C 1100

13 D 1101

14 E 1110

15 F 1111

195 = 11000011

Dividimos el Octeto en 2 partes:

1100 y 0011

C 3

0xC3 HEXADECIMAL

128 64 32 16 8 4 2 1

1 1 1 1 1 1 1 1 = 255

Ejercitar los Conocimientos


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Tecnologa de Conmutacin

Para la realizacin de la conmutacin los fabricantes se basan en conmutacin mediantehardware (ms rpidos) y conmutacin mediante procesador (pueden actualizarse).

1. ASIC, switches basados en circuitos integrados de especfica aplicacin (ASIC,

application-specific integrated circuits), proporcionan un rendimiento ms elevado a uncosto por puerto bajo. Son diseos de hardware, por ello son muy rpidos, pero nopueden reemplazarse sin reemplazar todo el circuito integrado.

2. RISC y CISC, Utiliza chips RISC (Reduced instruction set computing, conjunto deinstrucciones de computacin reducida) y chips CISC (Complex instruction setcomputing, conjunto de instrucciones de computacin compleja). Son ms baratos,pueden programarse y tienen un rendimiento razonable en switches pequeos, pero norecomendables en ms grandes.

3. DSP, Basados en procesadores de seal digital (DSP). De buen rendimiento en switchespequeos, son programables.

4. FPGA, (Field programmable gate array), combina velocidad y flexibilidad. Son basados enhardware como los ASICs para obtener la mxima velocidad, pero pueden serreprogramados como los procesadores CISC, RISC y DSP. Son comnmente llamadosASICs reprogramables.

Los switches ms comnmente utilizados son los que utilizan diseos basados en hardwareASICs o ASICs reprogramables.

La conmutacin de paquetes es el envi de datos en una red de computadoras.Un paquete es un grupo de informacin que consta de dos partes: los datospropiamente dichos y la informacin de control, en la que est especificado la

ruta a seguir a lo largo de la red hasta el destino del paquete. Mil octetos es ellmite de longitud superior de los paquetes, y si la longitud es mayor el mensajese fragmenta en otros paquetes.


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Es tambin conocida como `Bus, es la que conecta todos los puertosdel switch internamente (en el switch).El switch internamente es como una red en miniatura, donde cadapuerto se comunica con los dems y maneja mucho trfico entre ellos.En el switch el ancho de banda interno determina el rendimientoindividual de todos sus puertos. Existen 2 arquitecturas utilizadas para

su implementacin.

1. Bus, es un bus interno de muy alta velocidad (arriba de los 3 Gbps.),pero compartido.

2. Mltiples Buses (Crossbar), la matriz de conmutacin esrealmente un conmutador o switch.

Matriz de Conmutacin (BackPlane)

Es una matriz de conmutacin que conecta todos los puertos del switchinternamente. Es el componente que permite la conmutacin depaquetes.


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Segn la capacidad de un switch de soportar conexiones a distintosanchos de banda entre sus puertos, el switch puede trabajar como:

1. Asimtrico, cuando existen conexiones entre puertos a distintosanchos de banda. Por ejemplo un puerto 10BaseT y otro a100BaseTX. Esta arquitectura es optimizada para trfico muchosclientes y un servidor, dndole ms ancho de banda al servidor.Ver figura 10.

2. Simtrico, cuando existen solo conexiones entre puertos con unmismo ancho de banda, ejemplo: conexin de dos puertos a10Mbps., es recomendable para conexiones punto a punto.

Ancho de banda entre puertos de un Switch


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En una conexin de muchos clientes y un servidor con puertos de igual

ancho de banda, se generan cuellos de botella y prdida de algunastramas. Es por esta razn que se hace uso de buffers que manejantemporalmente las sobrecargas (cuando el switch comienza acongestionarse).

Cuando las redes deben manejar una gran carga de trfico, el

rendimiento es determinado por el nmero de buffers que puedanencontrarse en cada puerto.

El Control de Flujo tambin ayuda a manejar la gran carga de trfico.Un mecanismo de control de flujo utilizado es la presin trasera (backpressure), que evita la perdida de datos. Cuando los buffers de un

puerto se saturan el switch simula trfico en uno o ms puertos deentrada, utilizando sus buffers para el puerto saturado.

Control de flujo y almacenado (Buffering)

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