Link-layer switches

De Departamento de Informatica
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Un Switch es un dispositivo store and forward de la capa de Link. El trabajo del switch es guardar y dirigir frames (paquetes de la capa Link) a otros hosts dentro de la misma subred. El Switch realiza su trabajo exclusivamente con las direcciones de interfaz de los frames que recibe (MAC address), enviando selectivamente los frames a una o más interfaces.

Algunas característica importantes del switch son el uso de CSMA/CD (lo que significa que detecta las colisiones), la naturaleza Plug & Play (el Switch rara vez debe ser configurado), la cualidad de autodidacta del Switch (se enseña así mismo) y su transparencia (el switch es completamente invisible para los hosts).


Contenido

Layer 2 Switching:

Como ya se dijo anteriormente, el switching de la capa de Enlace (Link Layer, vamos, si igual somos todos bilingües) se realiza en hardware, usando la dirección MAC (Media Access Control) de las tarjetas de interfaz de red (Network Interface Card, NIC) de los hosts. Al no estar todas las redes preocupadas de los mismos tipos de datos, resulta ventajoso evitar la circulación de data innecesaria por ciertos segmentos de la red, este es el trabajo de las tablas de filtro de switch (switch filter tables), prevenir el tráfico innecesario a través de segmentos de la red. Para proveer este tipo de segmentación en la red, un switch crea los llamados Dominios de Colisión.


Dominios de Colisión:

Se define un dominio de colisión como un segmento de red que comparte banda ancha con todos los aparatos en el mismo segmento. Las colisiones ocurren cuando dos hosts en el mismo segmento transmiten a la vez. Un dominio de colisión sólo se encuentra en una red Ethernet Half-Duplex. Como la mayoría de las LAN’s de hoy en día utilizan Ethernet en algún lado, los dominios de colisión tienden a ser importantes.


Hubs:

Un hub es el primo tonto de un switch, realizan un trabajo similar, pero el hub no hace mucho respecto de las colisiones.

Históricamente los Hubs han creado dominios de colisión. Los Hubs son múltiples puertos repetidores. Funcionan así: un repetidor recibe una señal digital y reamplifica o regenera la señal, y entonces retransmite la información a todos los puertos activos sin saber que datos envía. Un Hub activo tiene la misma función de un repetidor, pero con más puertos.

Los hubs como los repetidores, no examinan el tráfico de la señal ni cómo se transmite a alguna otra parte de la red, Los hubs crean la topología de una estrella física donde un cable entrega la información a todos los puertos de salida. Los Ethernet networks usan Logical bus topology, el concepto de Logical bus topology es que los buses salen de un extremo de la ruta y llegan al otro extremo parando en cada parada de autobús. La señal va de principio a fin en la network y cada dispositivo conectado al hub ve si el hub transmite.

Si dos dispositivos de la red envían una señal digital al mismo tiempo, se produce una colisión. Cuando eso sucede, una señal de atasco se envía desde los dispositivos de transmisión diciéndoles que no transmitan, entonces todos los dispositivos hacen el back-off algorithm Con esto se establece en una cantidad predeterminada y un número aleatorio a cada dispositivo, de modo que no haya dos dispositivos que comiencen a transmitir de nuevo al mismo tiempo. O eso se espera pues el sistema puede fallar.

Hub 2 Data Collision.jpg

Layer 2 Switches:

Bueno, esa fue una introducción larga.

Como se sabía que el sistema de hubs podía fallar se desarrolló el sistema con switches. El mayor beneficio que se obtiene mediante el uso de switches en vez de hubs es que cada puerto del conmutador es de su propio dominio de colisión. Los switches pueden ofrecer esta interesante función, ya que segmentan la red por la dirección de la MAC (hardware). Pero los switches no rompen los broadcast domains, lo que significa que si un dispositivo envía un broadcast, todos los dispositivos conectados al switch deben ver lo se envía.

Switches.jpg

Layer 2 switching en interconexiones de red:

Layer 2 switching es eficiente porque no modifica los paquetes de datos; si el frame va de un segmento de Ethernet a otro segmento de Ethernet en el mismo switch, el frame se envía sin ningún tipo de modificación. Sólo la dirección de hardware es leída para determinar el destino del segmento. Es todo lo que necesita porque el frame se envía solamente al segmento situado en el host de destino.

Layer 2 switching se utiliza para la conectividad de grupos de trabajo y la segmentación de la red (rompiendo los dominios de colisión), que le dan la capacidad de hacer dos cosas crear un diseño de red más plano y uno que entregue/asegure/avale más segmentos de red que las tradicionales redes compartidas 10Base-T.

Este aumento de la capacidad ha ayudado a generar nuevos jugadores en la infraestructura de red, tales como granjas de servidores e intranets.


Tabla de Switching y Auto-Aprendizaje

Bien, pregunta: ¿Cómo sabe un switch cuál host es alcanzable por medio de cuál interfaz?

Respuesta: El switch aprende al recibir frames. Leyendo la fuente de cada frame y luego anotando esta información en una tabla junto con la interfaz a través de la cual recibió el paquete. Recordemos que esto se hace con la MAC address, que no cambia, por lo que estas duplas de interfaz-host se mantienen.

Esta tabla con información sobre quién es alcanzable por cuál interfaz se denomina tabla de switching, como ya se dijo, el Switch es autodidacta, por lo que rellena esa tabla por sí mismo.

Virtual Local Area Networks

Una Red Virtual de Area Local (Virtual Local Area Network, VLAN de ahora en más) es una red conmutada (switched network) que está lógicamente segmentada por funciones, equipos de proyectos o aplicaciones sin consideración a la locación física de los usuarios. Por ejemplo, múltiples estaciones pueden agruparse como un departamento. Cuando las end stations están físicamente ubicadas en el mismo edificio, o muy cerca unas de otras, se pueden agrupar en la misma LAN. Si cualquiera de las end stations está en un espacio diferente (no en el mismo segmento físico de LAN), se deben agrupar en una VLAN.

Los switches encargados de soportar VLAN's pueden configurarse para soportar más de una de ellas. Se le puede asignar cada puerto de switch a una VLAN, los puertos en una VLAN comparten el tráfico de broadcast, mientras que los puertos que no pertenecen a la VLAN no lo hacen.

Introuting-vlan-broadcastdomain-map.png

Server Farms

Los servers ya no están distribuidos en varias locaciones físicas porque las VLAN’s pueden ser creadas para hacer broadcast domains en una red conmutada (switched internetwork). Lo anterior significa que todos los servidores pueden ubicarse en una locación central, pero que, al mismo tiempo, un cierto servidor puede ser parte de un grupo de trabajo en una rama remota. Las VLAN’s son una forma de descomponer los broadcast domains en una red conmutada (switched network) de capa 2. Estas permiten comunicaciones Cliente/Servidor a nivel de organización basadas en tecnologías de Web.

Estas nuevas tecnologías permiten que más data desde las subredes locales hacia una red ruteada. Por lo tanto, aquí es donde el desempeño de un router (o la falta de él) puede producir la perdición de muchas redes: el Cuello de Botella.


Referencias

http://www.techrepublic.com/article/understanding-data-link-layer-switches/1052755 visitada el 4 de julio.

http://www.webopedia.com/DidYouKnow/Computer_Science/2006/data_link_layer.asp visitada el 5 de julio.

http://www.cisco.com/en/US/docs/switches/lan/catalyst2900xl_3500xl/catalyst1900_2820/version8.00.03/scg/02vlans.html visitada el 6 de julio.

http://www.thebryantadvantage.com/CCNACCENTCertificationTrainingHubsCollisionDomains.htm (foto Dominio de Colisión) visitada el 6 de julio.

http://www.thebryantadvantage.com/CCNAIntroICNDFreeTutorialSegmentingNetwork.htm (foto Layer 2 Switches) visitada el 6 de julio.

http://www.telecom.otago.ac.nz/tele301/student_html/introuting-vlans.html (foto Virtual area local network) visitada el 6 de julio.

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