CONCENTRADORES
Un concentrador o hub es un dispositivo que permite centralizar el cableado de una red y poder ampliarla. Esto significa que dicho dispositivo recibe una señal y repite esta señal emitiéndola por sus diferentes puertos.
Concentradores de doble velocidad
Los concentradores sufrieron el problema de que como simples repetidores sólo podían soportar una única velocidad. Mientras que los PC normales con ranuras de expansión podrían ser fácilmente actualizados a Fast Ethernet con una nueva tarjeta de red, máquinas con menos mecanismos de expansión comunes, como impresoras, pueden ser costosas o imposibles de actualizar. Por lo tanto, un punto medio entre concentrador y conmutador es conocido como concentrador de doble velocidad.
Este tipo de dispositivos consisten fundamentalmente en dos concentradores (uno de cada velocidad) y dos puertos puente entre ellos. Los dispositivos se conectan al concentrador apropiado automáticamente, en función de su velocidad. Desde el puente sólo se tienen dos puertos, y sólo uno de ellos necesita ser de 100 Mb/s.
Usos
Históricamente, la razón principal para la compra de concentradores en lugar de los conmutadores era el precio. Esto ha sido eliminado en gran parte por las reducciones en el precio de los conmutadores, pero los concentradores aún pueden ser de utilidad en circunstancias especiales:
- Un analizador de protocolo conectado a un conmutador no siempre recibe todos los paquetes desde que el conmutador separa a los puertos en los diferentes segmentos. La conexión del analizador de protocolos con un concentrador permite ver todo el tráfico en el segmento. (Los conmutadores caros pueden ser configurados para permitir a un puerto escuchar el tráfico de otro puerto. A esto se le llama puerto de duplicado. Sin embargo, estos costos son mucho más elevados).
- Algunos grupos de computadoras o cluster, requieren cada uno de los miembros del equipo para recibir todo el tráfico que trata de ir a la agrupación. Un concentrador hará esto, naturalmente; usar un conmutador en estos casos, requiere la aplicación de trucos especiales.
- Cuando un conmutador es accesible para los usuarios finales para hacer las conexiones, por ejemplo, en una sala de conferencias, un usuario inexperto puede reducir la red mediante la conexión de dos puertos juntos, provocando un bucle. Esto puede evitarse usando un concentrador, donde un bucle se romperá en el concentrador para los otros usuarios. (También puede ser impedida por la compra de conmutadores que pueden detectar y hacer frente a los bucles, por ejemplo mediante la aplicación de Spanning Tree Protocol.)
- Un concentrador barato con un puerto 10BASE2 es probablemente la manera más fácil y barata para conectar dispositivos que sólo soportan 10BASE2 a una red moderna (no suelen venir con los puertos 10BASE2 conmutadores baratos).
Puente de red
Un puente o bridge es un dispositivo de interconexión de redes de ordenadores que opera en la capa 2 (nivel de enlace de datos) del modelo OSI. Este interconecta dos segmentos de red (o divide una red en segmentos) haciendo el pasaje de datos de una red hacia otra, con base en la dirección física de destino de cada paquete.
Un bridge conecta dos segmentos de red como una sola red usando el mismo protocolo de establecimiento de red.
Funciona a través de una tabla de direcciones MAC detectadas en cada segmento a que está conectado. Cuando detecta que un nodo de uno de los segmentos está intentando transmitir datos a un nodo del otro, el bridge copia la trama para la otra subred. Por utilizar este mecanismo de aprendizaje automático, los bridges no necesitan configuración manual.
La principal diferencia entre un bridge y un hub es que el segundo pasa cualquier trama con cualquier destino para todos los otros nodos conectados, en cambio el primero sólo pasa las tramas pertenecientes a cada segmento. Esta característica mejora el rendimiento de las redes al disminuir el tráfico inútil.
Para hacer el bridging o interconexión de más de 2 redes, se utilizan los switch.
Se distinguen dos tipos de bridge:
- Locales: sirven para enlazar directamente dos redes físicamente cercanas.
- Remotos o de área extensa: se conectan en parejas, enlazando dos o más redes locales, formando una red de área extensa, a través de líneas telefónicas.
Brouter
Un brouter es dispositivo de interconexión de redes de computadores que funciona como un bridge (puente de red) y como un enrutador. Un brouter puede ser configurado para actuar como bridge para parte del tráfico de red, y como enrutador para el resto.
Enrutador
Enrutador inalámbrico.
El enrutador (calco del inglés router), Calculo diferencial, ruteador o encaminador es un dispositivo de hardware para interconexión de red de ordenadores que opera en la capa tres (nivel de red) del modelo OSI. Un enrutador es un dispositivo para la interconexión de redes informáticas que permite asegurar el enrutamiento de paquetes entre redes o determinar la mejor ruta que debe tomar el paquete de datos.
Tipos de encaminadores
Los enrutadores pueden proporcionar conectividad dentro de las empresas, entre las empresas e Internet, y en el interior de proveedores de servicios de Internet (ISP). Los enrutadores más grandes (por ejemplo, el Alcatel-Lucent 7750 SR) interconectan ISPs, se suelen llamar metro routers, o pueden ser utilizados en grandes redes de empresas.
- Proveedor Edge Router: Situado en el borde de una red ISP, habla BGP externo(eBGP)a un destinatario (sS]].
Conectividad Small Office, Home Office (SOHO )
Los enrutadores se utilizan con frecuencia en los hogares para conectar a un servicio de banda ancha, tales como IP sobre cable o ADSL. Un enrutador usado en una casa puede permitir la conectividad a una empresa a través de una red privada virtual segura.
Si bien funcionalmente similares a los enrutadores, los enrutadores residenciales usan traducción de dirección de red en lugar de enrutamiento.
En lugar de conectar ordenadores locales a la red directamente, un enrutador residencial debe hacer que los ordenadores locales parezcan ser un solo equipo.
Encaminadores de empresa
En las empresas se pueden encontrar enrutadores de todos los tamaños. Si bien los más poderosos tienden a ser encontrados en ISPs, instalaciones académicas y de investigación, pero también en grandes empresas.
El modelo de tres capas es de uso común, no todos de ellos necesitan estar presentes en otras redes más pequeñas.
Acceso
Los enrutadores de acceso, incluyendo SOHO, se encuentran en sitios de clientes como sucursales que no necesitan de enrutamiento jerárquico de los propios. Normalmente, son optimizados para un bajo costo.
Distribución
Los enrutadores de distribución agregan tráfico desde enrutadores de acceso múltiple, ya sea en el mismo lugar, o de la obtención de los flujos de datos procedentes de múltiples sitios a la ubicación de una importante empresa. Los enrutadores de distribución son a menudo responsables de la aplicación de la calidad del servicio a través de una WAN, por lo que deben tener una memoria considerable, múltiples interfaces WAN, y transformación sustancial de inteligencia.
También pueden proporcionar conectividad a los grupos de servidores o redes externas.En la última solicitud, el sistema de funcionamiento del enrutador debe ser cuidadoso como parte de la seguridad de la arquitectura global. Separado del enrutador puede estar un Cortafuegos o VPN concentrador, o el enrutador puede incluir estas y otras funciones de seguridad.Cuando una empresa se basa principalmente en un campus, podría no haber una clara distribución de nivel, que no sea tal vez el acceso fuera del campus.
En tales casos, los enrutadores de acceso, conectados a una red de área local (LAN), se interconectan a través del Core routers.
Núcleo
En las empresas, el core router puede proporcionar una "columna vertebral" interconectando la distribución de los niveles de los enrutadores de múltiples edificios de un campus, o a las grandes empresas locales.Tienden a ser optimizados para ancho de banda alto.
Cuando una empresa está ampliamente distribuida sin ubicación central, la función del Core router puede ser asumido por el servicio de WAN al que se suscribe la empresa, y la distribución de enrutadores se convierte en el nivel más alto.
Borde
Los routers de borde enlazan sistemas autónomos con las redes troncales de Internet u otros sistemas autónomos, tienen que estar preparados para manejar el protocolo bgp y si quieren recibir las rutas bgp deben poser mucha memoria.
Encaminadores inalámbricos
A pesar de que tradicionalmente los enrutadores solían tratar con redes fijas (Ethernet, ADSL, RDSI...), en los últimos tiempos han comenzado a aparecer enrutadores que permiten realizar una interfaz entre redes fijas y móviles (Wi-Fi, GPRS, Edge, UMTS,Fritz!Box, WiMAX...) Un enrutador inalámbrico comparte el mismo principio que un enrutador tradicional. La diferencia es que éste permite la conexión de dispositivos inalámbricos a las redes a las que el enrutador está conectado mediante conexiones por cable. La diferencia existente entre este tipo de enrutadores viene dada por la potencia que alcanzan, las frecuencias y los protocolos en los que trabajan.
En wifi estas distintas diferencias se dan en las denominaciones como clase a/b/g/ y n.
Router ADSL
El router ADSL es un dispositivo que permite conectar uno o varios equipos o incluso una red de área local (LAN)
Diagrama de una red simple con un modem 2Wire que actúa como ruteador Firewall y DHCP.
Realmente se trata de varios componentes en uno. Realiza las funciones de:
- Puerta de enlace, ya que proporciona salida hacia el exterior a una red local.
- Router: cuando le llega un paquete procedente de Internet, lo dirige hacia la interfaz destino por el camino correspondiente, es decir, es capaz de encaminar paquetes IP.
- Módem ADSL: modula las señales enviadas desde la red local para que puedan transmitirse por la línea ADSL y demodula las señales recibidas por ésta para que los equipos de
la LAN puedan interpretarlos. De hecho, existen configuraciones formadas por un módem ADSL y un router que hacen la misma función que un router ADSL. - Punto de acceso wireless: algunos router ADSL permiten la comunicación vía Wireless (sin cables) con los equipos de la red local.
Como se puede ver, los avances tecnológicos han conseguido introducir la funcionalidad de cuatro equipos en uno sólo.
Interfaz ADSL
El cable telefónico de par de cobre que tenemos todos en casa se diseñó inicialmente para la transmisión de voz. Al comienzo de la era de las comunicaciones digitales se comenzó a utilizar para la transmisión de datos. El sistema era fácil: los "unos" (determinado ausencia de esa tensión por el mismo periodo de tiempo) y "ceros" (que no dejan de ser más que un impulso de tensión de unos 5 voltios durante un tiempo determinado ausencia de esa tensión por el mismo periodo de tiempo) de que estaban compuestas las señales digitales que genera el ordenador no podían circular por el cable telefónico. Para poder hacerlo se "modulaban", es decir, se convertían en un sonido que sí puede transmitirse. Las señales que se recibían lo hacían en forma de sonido que, a su vez, eran demoduladas y convertidas de nuevo en señales eléctricas ("unos" y "ceros"). Esto lo hacía un modem (modulador - demodulador). Es como si silbáramos con dos notas distintas (una para los "unos" y otra para los "ceros") por el teléfono. Todo el ancho de banda que admite el cable es empleado por la transmisión de datos. Este tipo de tecnología se denomina analógica.
Posteriormente se crea la tecnología RDSI que hizo posible que por los cables de teléfono pudiesen circular los "unos" y "ceros" puros, sin modular, como impulsos eléctricos que son. Ésta es la única tecnología de transmisión de datos verdaderamente digital. Esta tecnología presenta, sin embargo, un inconveniente, que se considera insalvable: las características electrónicas del famoso cable telefónico impide que se puedan transmitir datos en forma digital a una velocidad superior a 64 kBps. Para aumentar la velocidad se emplean varias líneas telefónicas. Se puede hablar y enviar datos por una línea básica porque está compuesta por dos líneas individuales, una de voz y otra de datos.
Entonces surge ADSL. En contra de lo que se cree, no es una tecnología digital, sino tan analógica como el antiguo modem de 56 KBps, lo que sucede es que el tipo de señal analogica se la "interpreta" como digital por las variaciones que posee, en realidad si la señal fuera realmente digital la misma no podria alcanzar ni los 100 metros y se caería, sabiendo que las lineas adsl superan los 5 kilometros. La diferencia estriba en un elemento definitivo: el oído humano no es capaz de oír todo el rango de frecuencias que produce la voz (el mismo principio empleado para poder comprimir música). De este modo, se aplica un filtro sofométrico que deja pasar sólo el rango de frecuencias audibles y descarta las restantes, tanto por encima como por debajo de este rango. Es la función que desempeña el microfiltro que se pone en los teléfonos en una línea ADSL. En este espacio que queda libre se colocan diversas frecuencias portadoras moduladas con datos igual que hacía el modem. El aumento en la velocidad del ADSL viene dado porque, según va aumentando el nivel tecnológico, es posible meter más frecuencias portadoras en esos espacios libres, pues los filtros que separan unas portadoras de otras son cada vez más selectivos.
El router ADSL proporciona acceso a Internet a través de una línea ADSL, por lo que la interfaz que comunica con el exterior debe adaptarse a este medio. Por ello, este dispositivo lleva una interfaz RJ11 para conectar el cable telefónico. Existen routers que disponen de dos conexiones RJ11 para poder transmitir sobre dos líneas y así duplicar la capacidad de transmisión. Además, debe de estar provisto de un modulador para adecuar las señales de datos a las frecuencias en las que trabaja la tecnología ADSL y de un demodulador para poder interpretar las señales que le llegan desde el exterior.
Interfaz LAN
Por el otro lado está el conjunto de equipos o la red de área local a la cual se quiere dar conexión a Internet. En esta parte hay más posibilidades para realizar la comunicación. Las más comunes son Ethernet y Wireless, incluso hay dispositivos que proporcionan ambas a la vez.
Para el primer caso, el router ADSL debe tener una o varias interfaces Ethernet. A cada una de estas interfaces se pueden conectar los equipos directamente o bien subredes comunicadas por medio de un concentrador (hub) o un conmutador (switch).
Para el caso de una interfaz Wireless, la comunicación se realiza sin cables. Simplemente hay que ubicar el equipo que se quiere conectar a Internet con una interfaz de estas características en una zona que tenga cobertura.
Otra interfaz que pueden ofrecer los routers ADSL es por puerto USB. Lo normal en este caso es conectar un sólo equipo al router por este puerto, por ley.
Conmutador (dispositivo de red)
Switch Fast Ethernet de 16 puertos.
Un conmutador o switch es un dispositivo digital de lógica de interconexión de redes de computadores que opera en la capa 2 (nivel de enlace de datos) del modelo OSI. Su función es interconectar dos o más segmentos de red, de manera similar a los puentes (bridges), pasando datos de un segmento a otro de acuerdo con la dirección MAC de destino de las tramas en la red.
Un conmutador en el centro de una red en estrella.
Los conmutadores se utilizan cuando se desea conectar múltiples redes, fusionándolas en una sola. Al igual que los puentes, dado que funcionan como un filtro en la red, mejoran el rendimiento y la seguridad de las LANs (Local Area Network- Red de Área Local).
Interconexión de conmutadores y puentes
Los puentes (bridges) y conmutadores (switches) pueden conectarse unos a los otros pero siempre hay que hacerlo de forma que exista un único camino entre dos puntos de la red . En caso de no seguir esta regla , se forma un bucle o loop en la red, que produce la transmisión infinita de tramas de un segmento al otro . Generalmente estos dispositivos utilizan el algoritmo de spanning tree para evitar bucles, haciendo la transmisión de datos de forma segura.
Introducción al funcionamiento de los conmutadores
Conexiones en un switch Ethernet
Los conmutadores poseen la capacidad de aprender y almacenar las direcciones de red de nivel 2 (direcciones MAC) de los dispositivos alcanzables a través de cada uno de sus puertos. Por ejemplo, un equipo conectado directamente a un puerto de un conmutador provoca que el conmutador almacene su dirección MAC. Esto permite que, a diferencia de los concentradores o hubs, la información dirigida a un dispositivo vaya desde el puerto origen al puerto de destino. En el caso de conectar dos conmutadores o un conmutador y un concentrador, cada conmutador aprenderá las direcciones MAC de los dispositivos accesibles por sus puertos, por lo tanto en el puerto de interconexión se almacenan las MAC de los dispositivos del otro conmutador.
Bucles de red e inundaciones de tráfico
Como anteriormente se comentaba, uno de los puntos críticos de estos equipos son los bucles (ciclos CRC) que consisten en habilitar dos caminos diferentes para llegar de un equipo a otro a través de un conjunto de conmutadores. Los bucles se producen porque los conmutadores que detectan que un dispositivo es accesible a través de dos puertos emiten la trama por ambos. Al llegar esta trama al conmutador siguiente, este vuelve a enviar la trama por los puertos que permiten alcanzar el equipo. Este proceso provoca que cada trama se multiplique de forma exponencial, llegando a producir las denominadas inundaciones de la red, provocando en consecuencia el fallo o caída de las comunicaciones.
Clasificación de Switches
Atendiendo al método de direccionamiento de las tramas utilizadas:
Store-and-Forward
Los switches Store-and-Forward guardan cada trama en un buffer antes del intercambio de información hacia el puerto de salida. Mientras la trama está en el buffer, el switch calcula el CRC y mide el tamaño de la misma. Si el CRC falla, o el tamaño es muy pequeño o muy grande (un cuadro Ethernet tiene entre 64 bytes y 1518 bytes) la trama es descartada. Si todo se encuentra en orden es encaminada hacia el puerto de salida.
Este método asegura operaciones sin error y aumenta la confianza de la red. Pero el tiempo utilizado para guardar y chequear cada trama añade un tiempo de demora importante al procesamiento de las mismas. La demora o delay total es proporcional al tamaño de las tramas: cuanto mayor es la trama, mayor será la demora.
Cut-Through
Los Switches Cut-Through fueron diseñados para reducir esta latencia. Esos switches minimizan el delay leyendo sólo los 6 primeros bytes de datos de la trama, que contiene la dirección de destino MAC, e inmediatamente la encaminan.
El problema de este tipo de switch es que no detecta tramas corruptas causadas por colisiones (conocidos como runts), ni errores de CRC. Cuanto mayor sea el número de colisiones en la red, mayor será el ancho de banda que consume al encaminar tramas corruptas.
Existe un segundo tipo de switch cut-through, los denominados fragment free, fue proyectado para eliminar este problema. El switch siempre lee los primeros 64 bytes de cada trama, asegurando que tenga por lo menos el tamaño mínimo, y evitando el encaminamiento de runts por la red.
Adaptative Cut-Through
Los switches que procesan tramas en el modo adaptativo soportan tanto store-and-forward como cut-through. Cualquiera de los modos puede ser activado por el administrador de la red, o el switch puede ser lo bastante inteligente como para escoger entre los dos métodos, basado en el número de tramas con error que pasan por los puertos.
Cuando el número de tramas corruptas alcanza un cierto nivel, el switch puede cambiar del modo cut-through a store-and-forward, volviendo al modo anterior cuando la red se normalice.
Los switches cut-through son más utilizados en pequeños grupos de trabajo y pequeños departamentos. En esas aplicaciones es necesario un buen volumen de trabajo o throughput, ya que los errores potenciales de red quedan en el nivel del segmento, sin impactar la red corporativa.
Los switches store-and-forward son utilizados en redes corporativas, donde es necesario un control de errores.
Atendiendo a la forma de segmentación de las sub-redes:
Switches de Capa 2 o Layer 2 Switches
Son los switches tradicionales, que funcionan como puentes multi-puertos. Su principal finalidad es dividir una LAN en múltiples dominios de colisión, o en los casos de las redes en anillo, segmentar la LAN en diversos anillos. Basan su decisión de envío en la dirección MAC destino que contiene cada trama.
Los switches de nivel 2 posibilitan múltiples transmisiones simultáneas sin interferir en otras sub-redes. Los switches de capa 2 no consiguen, sin embargo, filtrar difusiones o broadcasts, multicasts (en el caso en que más de una sub-red contenga las estaciones pertenecientes al grupo multicast de destino), ni tramas cuyo destino aún no haya sido incluido en la tabla de direccionamiento.
Switches de Capa 3 o Layer 3 Switches
Son los switches que, además de las funciones tradicionales de la capa 2, incorporan algunas funciones de enrutamiento o routing, como por ejemplo la determinación del camino basado en informaciones de capa de red (capa 3 del modelo OSI), validación de la integridad del cableado de la capa 3 por checksum y soporte a los protocolos de routing tradicionales (RIP, OSPF, etc)
Los switches de capa 3 soportan también la definición de redes virtuales (VLAN's), y según modelos posibilitan la comunicación entre las diversas VLAN's sin la necesidad de utilizar un router externo.
Por permitir la unión de segmentos de diferentes dominios de difusión o broadcast, los switches de capa 3 son particularmente recomendados para la segmentación de redes LAN muy grandes, donde la simple utilización de switches de capa 2 provocaría una pérdida de rendimiento y eficiencia de la LAN , debido a la cantidad excesiva de broadcasts.
Se puede afirmar que la implementación típica de un switch de capa 3 es más escalable que un router, pues éste último utiliza las técnicas de enrutamiento a nivel 3 y encaminamiento a nivel 2 como complementos, mientras que los switches sobreponen la función de enrutamiento encima del encaminamiento, aplicando el primero donde sea necesario.
Dentro de los Switches Capa 3 tenemos:
Paquete-por-Paquete (Packet by Packet)
Básicamente, un switch Packet By Packet es un caso especial de switch Store-and-Forward pues, al igual que éstos, almacena y examina el paquete, calculando el CRC y decodificando la cabecera de la capa de red para definir su ruta a través del protocolo de enrutamiento adoptado.
Layer-3 Cut-through
Un switch Layer 3 Cut-Through (no confundir con switch Cut-Through), examina los primeros campos, determina la dirección de destino (a través de la información de los headers o cabeceras de capa 2 y 3) y, a partir de ese instante, establece una conexión punto a punto (a nivel 2) para conseguir una alta tasa de transferencia de paquetes.
Cada fabricante tiene su diseño propio para posibilitar la identificación correcta de los flujos de datos. Como ejemplo, tenemos el "IP Switching" de Ipsilon, el "SecureFast Virtual Networking de Cabletron", el "Fast IP" de 3Com.
El único proyecto adoptado como un estándar de hecho, implementado por diversos fabricantes, es el MPOA (Multi Protocol Over ATM). El MPOA, en desmedro de su comprobada eficiencia, es complejo y bastante caro de implementar, y limitado en cuanto a backbones ATM.
Además, un switch Layer 3 Cut-Through, a partir del momento en que la conexión punto a punto es establecida, podrá funcionar en el modo "Store-and-Forward" o "Cut-Through"
Switches de Capa 4 o Layer 4 Switches
Están en el mercado hace poco tiempo y hay una controversia en relación con la adecuada clasificación de estos equipos. Muchas veces son llamados de Layer 3+ (Layer 3 Plus).
Básicamente, incorporan a las funcionalidades de un switch de capa 3 la habilidad de implementar la políticas y filtros a partir de informaciones de capa 4 o superiores, como puertos TCP/UDP, SNMP, FTP, etc.
