Nivel de enlace Switching - Apuntes complementarios
- 1. Dispositivos del nivel de Enlace La estrella es.... ...el SWITCH
- 2. Dispositivos del nivel de Enlace El HUB ● Se traduce literalmente como “concentrador”. ● Elemento central de una topología en estrella. ● Reproduce por todos los puertos las tramas recibidas por lo que podemos decir que es un “repetidor multipuerto”. Eso lo hace muy inseguro. ● Es un dispositivo de medio compartido por lo que provoca colisiones. Sólo es capaz de gestionar una conversación cada vez. ● Cómo máximo, se pueden conectar 4 en cascada. ● Ya no se usa. Y además, no trabaja a nivel de enlace!! Se le considera un dispositivo de nivel físico (L1).
- 3. Dispositivos del nivel de Enlace El Bridge ● El bridge hace de puente entre dos redes LAN, teniendo el mismo dominio de broadcast en común pero separando los dominios de colisión. ● También se usa el término bridge para equipos que unen arquitecturas diferentes (por ejemplo 802.5 con 802.3) incluso para los que unen una red por fibra a una por cobre, o los que enlazan una red cableada con una inalámbrica. ● Trabajan a nivel de enlace (L2), y reconocen por tanto las direcciones físicas.
- 4. Dispositivos del nivel de Enlace El Switch. ● Se traduce como “conmutador”. ● Es el elemento central de una topología en estrella. ● No son dispositivos de medio compartido. Permite que varias tramas circulen simultáneamente entre diferentes puertos. Sin colisiones. ● No hay limitación en el número de switches conectados. ● El switch es un dispositivo de capa 2 OSI y reconoce las direcciones MAC, por lo que puede enviar las tramas solo por el puerto por el que se conecta el destinatario de la trama.
- 5. Dispositivos del nivel de Enlace Aprendizaje de direcciones MAC. El switch va “aprendiendo” qué direcciones MAC son accesibles por cada puerto a medida que le entran tramas. Para ello guarda en una tabla, la mac de origen de la trama asociada al puerto por la que entró. Dicha tabla, permite al switch, saber por qué puerto retransmitir cada trama sin más que buscar la mac de destino de la trama en su tabla mac. Cuando la mac de destino no la tiene en su tabla mac, o se trata de una mac de broadcast o multicast, entonces la enviará por todos los puertos menos por el puerto de entrada. Un switch como el de la clase tiene un tamaño de 8KB para su tabla MAC. Características del Switch.
- 6. Dispositivos del nivel de Enlace Aprendizaje de direcciones MAC. LA memoria de un switch no es ilimitada y tampoco el tamaño de la tabla mac. Cuando la tabla se llena, el switch puede entrar en estado de saturación y empezar a funcionar como un hub provocando problemas de seguridad. Un switch como el de la clase tiene un tamaño de 8KB para su tabla MAC. Cada registro de la tabla mac se suele guardar unos 5 min. Ese tiempo se empieza a contar de nuevo cada vez que llega una trama de esa mac por ese puerto. En caso de que cambiemos un ordenador (y su mac) de puerto, el switch actualizará la mac al nuevo puerto en la tabla en cuanto dicho equipo envíe una trama. Características del Switch.
- 7. Dispositivos del nivel de Enlace Dominios de difusión y colisión ● El switch crea dominios de difusión o broadcast. ● Cuando funciona en half duplex crea dominios de colisión en cada uno de sus enlaces. Cuando funciona en full duplex elimina completamente los dominios de colisión. ● La electrónica de red actual permite full duplex por lo que las colisiones ya no son un problema en las redes locales. Características del Switch.
- 8. Dispositivos del nivel de Enlace Gestionables: Algunos hubs tienen firmware configurable. Lo que nos permite controlar el tráfico, crear redes virtuales, y muchas cosas más. La conexión se hace por un puerto de consola o mediante uno de los puertos Ethernet. La gestión puede ser mediante línea de comandos específica del fabricante, por telnet, por http, o por smnp. Características del Switch.
- 9. Dispositivos del nivel de Enlace Enracables: Los switches enracables poseen unas pestañas en forma de L (orejas) desmontables, que permiten anclar el switch dentro de un rack Características del Switch.
- 10. Dispositivos del nivel de Enlace Tipos de Puertos que podemos encontrar en un switch: ● Puertos RJ45, que son los más habituales. ● Puertos modulares SFP (small form-factor pluggable transceptor). Estos puertos necesitan un módulo que se compra aparte y permiten elegir el tipo de conector. Podemos encontrar SFP+ que permiten velocidades de hasta 10Gbps y SFP28 que llega a 25Gbps. Módulo SFP fibra MM LC Módulo SFP RJ45 Características del Switch.
- 11. Dispositivos del nivel de Enlace Tipos de Puertos que podemos encontrar en un switch: Características del Switch. Puertos QSFP (Quad Small Form Factor Pluggable) que son otro tipo de conector modular que ofrecen el cuádruple de líneas de datos y por tanto de velocidad. También hay QSFP+ (hasta 40Gbps) y QSFP28 (hasta 100Gbps) Tanto los SFP como los QSFP son enchufables en caliente permitiendo módulos de fibra tanto monomodo como multimodo. puertos sfp puertos qsfp
- 12. Dispositivos del nivel de Enlace Cables DAC (cables de conexión directa) Son cables preparados para conectar directamente dos switches a través de los puertos SFP o QSFP. Suelen tener longitudes máximas de unos pocos metros. Características del Switch.
- 13. Dispositivos del nivel de Enlace Cables DAC Hay cables DAC que resuelven el problema de que un conector QSFP tiene el cuádruple de velocidad que otro SFP... Características del Switch.
- 14. Dispositivos del nivel de Enlace Puertos Combo Es un puerto que puede admitir dos cables diferentes, generalmente un RJ45 y un SFP. Comparten el mismo número de puerto y se configuran como uno sólo. Si se enchufaran los dos cables al mismo tiempo, sólo funcionaría uno de ellos, el que tenga prioridad, que suele ser el sfp. Características del Switch. Se ve en la imagen que el puerto 1 es el RJ45 y el SFP.
- 15. Dispositivos del nivel de Enlace Puerto de consola. Los switches al igual que los routers suelen tener un puerto “console” especial para administración. Son cables con rj45 por un extremo y DB9 por el otro Características del Switch.
- 16. Dispositivos del nivel de Enlace Power over Ethernet (PoE) es una tecnología que permite que un switch o un router sea capaz de suministrar alimentación eléctrica a otros dispositivos a través de los cables de red, sin que por ello disminuya la capacidad de envío de información. Muy útil para alimentar cámaras ip, teléfonos ip o puntos de acceso sin tener que instalar cableado adicional para el suministro eléctrico. Características del Switch. Si un switch no soporta PoE, podemos usar un inyector PoE para alimentar al dispositivo que tenga conectado..
- 17. Dispositivos del nivel de Enlace El switch con PoE solo suministra corriente cuando detecta al otro extremo del cable un dispositivo compatible con PoE, por lo que no hay peligro por mezclar dispositivos con y sin PoE. PoE es compatible con cables de red a partir de la cat 5e y hasta 100 metros. Aunque se recomienda cat6 que es más grueso y ofrece menos resistencia a la corriente. Las potencias que se pueden suministrar por PoE van desde los 15 hasta los 100v, según las diferentes evoluciones de PoE. Características del Switch. Aunque la potencia emitida sea de unos 15W, se va a disipar una parte en el cable y llegarán aproximadamente 12.9W
- 18. Dispositivos del nivel de Enlace Latencia de la red. La latencia es el tiempo que pasa desde que enviamos una trama hasta que recibimos la respuesta. Se debe a los retardos que ocasiona la transmisión de la señal por los cables y los dispositivos intermedios. ● Las tarjetas tardan unos 0.3 μs en convertir los bits en impulsos eléctricos. (1μs=0.000001 segundo) ● La propagación de una señal por 100m de cable utp cat 5e tarda en torno a 0.5 μs. (2/3 de c) ● La latencia introducida por un switch Gigabit suele ser de otros 0.3 μs. ● Los dispositivos de interconexión de redes suman mayores latencias al aumentar la complejidad de las operaciones que realizan. Ejemplo: un router (L3) introduciría más latencia que un switch (L2). Características del Switch.
- 19. Dispositivos del nivel de Enlace Latencia de la red. Dentro de mi red local (wifi) Señor preocupado por la latencia. Hacia Internet Características del Switch.
- 20. Dispositivos del nivel de Enlace Latencia de la red. Por curiosidad veamos la evolución de las latencias en las redes de datos móviles. Características del Switch.
- 21. Dispositivos del nivel de Enlace Técnicas de conmutación El switch tiene dos formas básicas de redirigir los paquetes. Reenvío directo y almacenamiento y reenvío Reenvío directo (cut-through). Desde que el switch lee el la mac de destino al principio de la trama, mira en su tabla mac, y la redirige hacia el puerto correspondiente sin comprobar su CRC. Con este método se pueden propagar tramas con errores. Este método se está abandonando. Almacenamiento y reenvío (Store and Forward). Se almacena la trama en un buffer para luego reenviarla. Se comprueba si tiene errores con el CRC y las tramas con errores se descartan. Es la técnica más empleada. Características del Switch.
- 22. Dispositivos del nivel de Enlace Memorias intermedias Los switches en ocasiones deben almacenar en un buffer las tramas que están esperando para ser enviadas por un puerto, formando una cola. Esto se puede hacer de dos formas: ● mediante memorias específicas para cada puerto ● o mediante una memoria compartida en la que se van asignando colas de forma dinámica a cada puerto. Velocidad, full duplex y auto-mdix La mayoría de los dispositivos actuales, incluidos los switches, tras la negociación, usarán enlaces gigabit, que obligatoriamente serán en full duplex. Además la característica auto-mdix que tienen todos los dispositivos hacen que no tengamos que preocuparnos por si los cables deben ser directos o cruzados. Características del Switch.
- 23. Dispositivos del nivel de Enlace Non-Blocking. Un switch se dice que no tiene bloqueo cuando posee un backplane de mayor ancho de banda que la suma de la velocidad de todos sus puertos. De esta forma siempre podrá mantener las comunicaciones a la máxima velocidad por todos sus puertos de forma simultánea sin tener que descartar tramas. Un switch de 24 puertos gigabit y full duplex necesitaría 24*2=48 Gbps de backplane para ser non-blocking. Otro parámetro es la cantidad de paquetes que puede gestionar por segundo sin tener que descartar ninguno (PPS). Se refiere a paquetes del tamaño mínimo. Características del Switch.
- 24. Dispositivos del nivel de Enlace Características del Switch.
- 25. Dispositivos del nivel de Enlace Calidad del servicio (QoS). Los switch pueden asignar diferentes prioridades a los diferentes tipos de tráfico. No necesitará la misma prioridad el tráfico HTTP que el de VoIP o el de gestión de la red. Estas prioridades pueden ser configurables manualmente (en equipos gestionables). Además se pueden asignar diferentes anchos de banda máximos a diferentes puertos. Características del Switch. Características del Switch.
- 26. Dispositivos del nivel de Enlace Port Mirroring Debido al modo de funcionamiento de los conmutadores, no podemos monitorizar el tráfico de la red (con wireshark por ejemplo) ya que solo veríamos tráfico de broadcast y el que tiene como origen o destino de nuestra máquina. Configurar un puerto como “port mirror” (puerto espejo) hace que todo el tráfico del switch (o el de los puertos que nos interesen) además de salir por el puerto que le corresponde, se envíe también por dicho puerto donde lo monitorizaremos. También se le llama Switched Port Analyzer ( SPAN) Características del Switch.
- 27. Dispositivos del nivel de Enlace Interconexión de Switches Los switches se van interconectando en una topología en árbol o estrella extendida. Partimos de un switch de cabecera y vamos ampliando la red con otros switches. Si los switches lo permiten podemos poner enlaces redundantes para que si un cable o un switch se rompe, la red siga funcionando lo mejor posible. Ojo! Los caminos cerrados (Switching Loops) provocan el colapso de la red si los switches no son capaces de desactivar los enlaces redundantes. Arbol “sencillo” Arbol “con redundancias”
- 28. Dispositivos del nivel de Enlace Switches apilables (stack switches) ● Los switches apilables poseen enlaces de alta velocidad (>=20Gbps) que permite unirlos entre sí. ● Generalmente se unen en anillo lo que permite tolerancia a fallos ante la caída de un enlace o switch. ● Se facilita la gestión ya que la pila se administra como si fuera un solo switch. ● El switch al que nos conectamos para administrar la pila se denomina “master”. El master está siempre sincronizado con otro llamado “backup”. Si el master falla, el backup asume la tarea de master.
- 29. Dispositivos del nivel de Enlace Chasis de comunicaciones. Un chasis de comunicaciones es un dispositivo que sirve de soporte para equipamiento de red (o no de red) mejorando sus características.
- 30. Dispositivos del nivel de Enlace Chasis de comunicaciones ● Apilables: los chasis evitan el tener que interconectar equipos de redes mediante cables, ya que proporciona un backbone o bus interno para dichas comunicaciones. ● Capacidad de gestión “en caliente”: proporciona la posibilidad de poder cambiar parte del equipamiento del chasis sin tener que apagar el mismo. ● Ocupan menos espacio ● Al compartir las mismas fuentes de alimentación y mecanismos de ventilación para todas las tarjetas del chasis, son más eficientes.
- 31. Dispositivos del nivel de Enlace Modelo jerárquico cisco Es un modelo que describe una filosofía de diseño de redes que permite garantizar su rendimiento. Se divide en tres capas: - Capa de núcleo. - Capa de distribución. - Capa de acceso. Switch de capa 3 Puede hacer de router.
- 32. Dispositivos del nivel de Enlace Modelo jerárquico cisco - La capa de acceso: (switching) conecta a los usuarios les asigna VLANs, en esta capa se evita la complejidad y los costos elevados. Suele añadirse seguridad de puertos, QoS o PoE. - La capa de distribución: (routing) es el medio de comunicación entre la capa de acceso y el Core. Las funciones de esta capa son proveer enrutamiento, filtrado de paquetes mediante ACL, redundancia, balanceo de cargas, agregación de enlaces y determinar qué paquetes deben llegar al Core. - La capa de núcleo o core: (Backbone) es el núcleo de la red. Su función es conmutar el tráfico tan rápido como sea posible y se encarga de llevar grandes cantidades de tráfico de manera confiable y veloz, por lo que la latencia, la velocidad y la tolerancia a fallos son factores importantes en esta capa.
- 33. Dispositivos del nivel de Enlace Modelo jerárquico cisco Estos modelos jerárquicos permiten dividir a los switches en dos tipos: Switch troncal se refiere a los que se utilizan en el núcleo central (core) de las grandes redes. Son de altas prestaciones, a veces son de capa 3 y a ellos se conectan otros de jerarquía inferior, además de servidores, routers WAN, etc. Switch perimetral se refiere a los utilizados en el nivel jerárquico inferior en una red local y a los que están conectados los equipos de los usuarios finales.
- 34. Dispositivos del nivel de Enlace Arranque del switch (CISCO). Pasos de arranque: 1. El POST (power on self test), que está almacenado en la ROM ejecuta un autodiagnóstico del router, comprobando que la cpu, ram, puertos,… funcionan bien. 2. El cargador de arranque (Bootstrap) que también se almacena en la ROM, se encarga de inicializar la CPU y de buscar y cargar el SO (sistema operativo) en la RAM. Primero buscará el SO en la flash y si no está ahí, lo intentará descargar de la red por TFTP. 3. El sistema operativo busca una configuración de trabajo en la NVRAM, y si no las encuentra, las buscará por TFTP. Este fichero de configuración se ejecutará línea por línea. 4. El switch se queda a la espera de nuevas configuraciones por consola…
- 35. Dispositivos del nivel de Enlace Arranque del switch (CISCO).