1 PUENTES Y CONMUTADORES LAN

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1 1 PUENTES Y CONMUTADORES LAN Autr: Rgeli Mntañana 1 PUENTES Y CONMUTADORES LAN INTRODUCCIÓN PUENTES Puentes transparentes Spanning Tree Puentes remts encapsuladres REDES LOCALES CONMUTADAS Almacenamient y Reenví vs Cut-Thrugh CONMUTACIÓN EN REDES ETHERNET Transmisión full dúplex Cntrl de fluj Autnegciación Agregación de enlaces DISEÑO DE REDES LOCALES Planificación de capacidad. Dimensinamient Diseñ de redes Ethernet Redes lcales virtuales (VLANs) EJERCICIOS SOLUCIONES

2 Redes de Ordenadres 1.1 INTRODUCCIÓN Existen muchas circunstancias en las que n se quiere n se puede tener una sla red; en ests cass es psible tener múltiples redes lcales intercnectadas mediante el us de uns dispsitivs llamads puentes. Ls puentes se encargan de capturar las tramas de una red lcal, y reenviarlas selectivamente a tra red lcal. Para est analizan la dirección de rigen y destin de la trama a nivel MAC. Algunas de las situacines en las que puede ser cnveniente utilizar puentes sn las siguientes: Interperabilidad: Se dispne de redes basadas en medis físics diferentes. Pr ejempl en una empresa puede haberse empezad a tender una red Tken Ring en uns edificis y Ethernet en trs. Distancia: Se necesita cubrir una distancia mayr que la que puede cubrirse cn una red lcal (pr ejempl más de 4 Km en Ethernet a 10 Mb/s). Númer de rdenadres: Se quiere cnectar más equips que ls que se permiten en una red lcal (más de 1024 en Ethernet, mas de en Tken Ring). Tráfic: Si existe una elevada cantidad de tráfic, principalmente de carácter lcal, se puede reducir éste dividiend la red en varias mediante puentes. Pr ejempl si en una empresa cada departament tiene su prpi servidr much de su tráfic será lcal. Fiabilidad: Si se quiere evitar que un prblema en un rdenadr pueda clapsar tda la red (pr ejempl en Ethernet una tarjeta transceiver averiad puede inutilizar tda la red). Si se divide la red pr znas el prblema afectará a mens equips. Seguridad: En una red lcal cualquier rdenadr funcinand en md prmiscu puede ver tdas las tramas. La división en varias redes evita en cierta medida que ls paquetes puedan ser vists fuera de la red. 1.2 PUENTES De acuerd cn la funcinalidad que desempeñan pdems clasificar ls puentes en ls siguientes tips: Puentes transparentes Puentes remts, también llamads encapsuladres Puentes traductres Puentes cn encaminamient desde el rigen Ahra verems cada un de ells en detalle Puentes transparentes Cm su nmbre indica, l que se pretende cn ests puentes es que puedan utilizarse sin alterar para nada el prtcl la cnfiguración de ls rdenadres. Nrmalmente ests equips n necesitan ningún tip de cnfiguración previa, actuand cm dispsitivs 'plug and play'. Veams cm funcina un puente transparente. Supngams un puente que une ds redes, LAN1 y LAN2. El puente tendrá ds interfaces físicas, cada una cnectándle cn cada una de las ds LANs. Al encender el puente éste empieza reenviand tdas las tramas que recibe pr LAN1 a LAN2, y viceversa. En td mment el puente actúa en md prmiscu, es decir, capturand tdas las tramas que se envían 1-2

3 Puentes y Cnmutadres LAN pr cada una de las redes a las que está cnectad, independientemente de cual sea la dirección de destin. Además de reenviar las tramas de frma indiscriminada, el puente va silencisamente extrayend de cada una la dirección de rigen y la dirección de destin; la de rigen la anta en una tabla hash crrespndiente a la LAN pr la que ha llegad la trama, y la de destin la busca en la misma tabla. Supngams que el puente recibe pr la interfaz LAN1 una trama que lleva la dirección de rigen A y la dirección de destin B. Primeramente el puente buscará en su tabla de direccines si en la clumna LAN1 aparece B; si es así sencillamente descartará la trama, ya que sabe que A y B están ambas en LAN1 y n hay ninguna necesidad de reenviar esa trama. Si B n aparece en la tabla de LAN1 el puente reenviará la trama a LAN2. En segund lugar el puente actualizará su tabla de direccines de LAN1 añadiend A, salv que ya exista tal entrada en cuy cas simplemente actualizará el cntadr de tiemps asciad cn dicha entrada. Es psible que B esté en LAN1 y el puente n le tenga aún 'fichad' (prque B n haya enviad aún ninguna trama), per ante la duda el puente se 'cura en salud' y reenvía la trama pr la tra interfaz. Esta estrategia de tirar pr elevación enviand la infrmación en cas de duda se denmina inundación (flding) El mecanism utilizad pr ls puentes para averiguar que rdenadres tienen cnectads en cada una de sus redes tiene algunas cnsecuencias que merece la pena destacar: Un rdenadr 'tímid', es decir, que n emita ninguna trama, n puede ser lcalizad, pr l que ls puentes enviarán pr tdas sus interfaces (except aquella pr la que les ha llegad) cualquier trama dirigida a dich rdenadr. Sin embarg n es prbable que un rdenadr que recibe tráfic permanezca callad durante much tiemp ( de l cntrari prnt dejará de recibirl, ya que la mayría de ls prtcls requieren alguna cntestación, al mens de vez en cuand). Las tramas enviadas a direccines de grup (multicast bradcast, las que tienen a 1 el primer bit) siempre sn retransmitidas pr ls puentes pr tdas sus interfaces, ya que en principi puede haber destinataris en cualquier parte. Ls puentes n almacenan este tip de direccines en sus tablas ya que nunca aparecen cm direccines de rigen en las tramas. A fin de adaptarse a cambis en la red (pr ejempl un rdenadr es desenchufad físicamente de LAN1 y enchufad en LAN2), las entradas en las tablas de direccines sn eliminadas cuand han pasad varis minuts sin que la dirección crrespndiente haya enviad ninguna trama. Existen puentes multipuerta, es decir, cn múltiples interfaces, que permiten intercnectar varias LANs en una misma caja. El algritm es similar, manteniéndse en este cas una tabla de direccines para cada interfaz. Las tablas se van llenand cn las direccines 'escuchadas' en cada interfaz; cuand se recibe una trama en cualquiera de las interfaces se busca la dirección de destin en la clumna de dicha interfaz; si el destinatari se encuentra allí la trama simplemente se descarta, si n se busca en las clumnas crrespndientes a las demás interfaces; si se encuentra en alguna clumna se manda a la interfaz crrespndiente. Pr últim, si n se encuentra en ninguna de las tablas se envía a tdas las interfaces except aquella pr la que llegó (inundación). Ls puentes han de mantener una tabla de direccines para cada una de sus puertas; la cantidad de memria destinada a dichas tablas es limitada, y en redes grandes puede llegar a agtarse. Ls fabricantes suelen especificar el númer máxim de direccines MAC que sus puentes sn capaces de sprtar. Alguns equips se blquean sin más explicacines cuand se les llena la tabla de direccines MAC Spanning Tree En algunas situacines es interesante unir ds LANs cn más de un puente, nrmalmente pr raznes de fiabilidad redundancia. Analicems a la luz del algritm antes descrit que curriría si ds puentes unen ds LANs. Imaginems LAN1 y LAN2, unidas pr ls puentes B1 y B2. Una estación en LAN1 emite una trama que lleva una dirección de destin F aun n registrada; al n aparecer en sus tablas B1 reenvía la trama a LAN2; l mism hace B2. A cntinuación B1 detecta en LAN2 la trama generada pr B2 y, al n encntrar en sus tablas la dirección de destin (ya que F aún n esta 'fichad') la reenvía a LAN1. Análgamente B2 detecta en LAN2 la trama de B1 y al n estar F en su tabla de direccines, la reenvía a LAN1. LAN1 recibe pues ds cpias de una trama que ya tenía, y se repite el prces: B1 1-3

4 Redes de Ordenadres recge la trama de B2 y la retransmite; B2 hace l mism cn la de B1, y así sucesivamente. El cicl n tiene fin, pr l que una sla trama es suficiente para saturar ambas redes. Para evitar este prblema existe un mecanism que permite a ls puentes cmunicarse entre sí, pasándse infrmación sbre la tplgía de las cnexines existentes; una vez averiguada dicha tplgía ls puentes desactivarán las cnexines redundantes para garantizar que haya un únic camin (direct indirect) uniend tdas las redes, de frma que se evite la creación de bucles. Las cnexines que lógicamente se pngan fuera de servici quedarán listas para entrar en funcinamient si las cnexines activas fallan pr algún mtiv. El algritm se repite cada ciert tiemp, pr l que si algun de ls enlaces queda fuera de funcinamient pr algún mtiv (pr ejempl una avería) en la siguiente rnda se habilitará algún camin alternativ que l sustituya. El prtcl que permite est se cnce cm Spanning Tree Prtcl (STP) y también cm Spanning Tree Learning Bridge Prtcl, y frma parte de la especificación IEEE 802.1D. La tplgía de una intercnexión de LANs cn puentes pdems representarla cn un graf en el que ls nds sn las LANs y ls arcs ls puentes que las unen. El algritm spanning tree cnsiste en dejar únicamente un camin para llegar a cada una de las redes, para l cual se suprime del graf tda unión que curra en sentid descendente entre ramas distintas del árbl. Este tip de estructura es l que se cnce cm spanning tree (que pdems traducir cm árbl de expansión), de ahí el nmbre del prtcl. Cn el Spanning Tree es psible tener varis puentes cnectand ds redes sin que se prduzcan cnflicts. En la práctica l que curre sencillamente es que se inhabilitan tds ls camins psibles, mens un. Ls trs quedan cm rutas alternativas dispuestas a entra en funcinamient en cas de avería en la principal. N es psible cn Spanning Tree tener varias cnexines activas al mism tiemp, l cual permitiría repartir el tráfic entre varis puentes, mejrand así el rendimient de la cnexión (cm se hace pr ejempl en etherchannel). Aunque frma parte del estándar 802.1D y debería frmar parte de cualquier puente transparente, n tds ls equips implementan el prtcl spanning tree. Al cnstruir una tplgía basta cn que un de ls puentes que frman el bucle incrpre el spanning tree para que el puente rmpa el bucle y la red funcine crrectamente Puentes remts encapsuladres En casines se tiene necesidad de cnectar entre sí ds redes lcales remtas cm si fueran la misma LAN. Para est se usa un tip de puentes denminads puentes remts. Ls mecanisms básics de funcinamient sn ls misms que para ls puentes lcales (transparentes y cn encaminamient desde el rigen), salv que el puente está cnstituid pr ds 'medis puentes' intercnectads pr una línea dedicada cuya velcidad típicamente suele estar entre 64 Kb/s y 2,048 Mb/s. También se pueden unir ls puentes remts pr redes X.25, Frame Relay inclus radienlaces. El prtcl spanning tree también se utiliza en puentes remts. Para representar tplógicamente un puente remt el enlace punt a punt se debe cnsiderar cm una LAN cn un puente en cada extrem. Dad que generalmente ls puentes remts se cnectan mediante líneas de menr velcidad que las redes a las que enlazan, es frecuente que dicha cnexión sea el factr limitante de las prestacines de la red (aun cuand el algritm prpi de ls puentes evita que el tráfic lcal cruce al tr lad). Est es especialmente crític cuand se utilizan líneas de baja velcidad (pr ejempl 64 Kb/s) y mas aun cuand se trata de LANs grandes en las que el tráfic bradcast/multicast es imprtante (recrdems que este tip de tráfic siempre atraviesa ls puentes transparentes). 1.3 REDES LOCALES CONMUTADAS En la discusión anterir sbre diverss tips de puentes hems supuest casi td el tiemp que el puente tenía únicamente ds interfaces. Hy en día sn muy ppulares ls puentes transparentes cn elevad númer de puertas, habiend mdels que pueden llegar a más de 500. Ests equips suelen ir equipads 1-4

5 Puentes y Cnmutadres LAN cn chips VLSI diseñads específicamente para este tip de tareas denminads ASIC (Applicatin Specific Integrated Circuit), gracias a ls cuales desarrllan su tarea cn gran rapidez. A ests puentes multipuerta de alta velcidad se les suele llamar cnmutadres LAN switches LAN, ya que gracias al encaminamient inteligente que realizan mediante sus tablas de direccines actúan de hech cnmutand tramas entre sus múltiples puertas. También se les denmina a veces cnmutadres de nivel 2 (nivel de enlace) pr cntraste cn ls llamads cnmutadres de nivel 3, que realizan la cnmutación al nivel de red, también llamads ruters (nrmalmente el términ cnmutadr de nivel 3 se utiliza para indicar un ruter que dispne de hardware específicamente diseñad para labres de ruting y que pr tant realiza esta función de manera ntablemente mas rápida que un ruter cnvencinal). A las redes lcales basadas en cnmutadres se las suele llamar redes lcales cnmutadas (switched LANs). En cnmutadres Ethernet se suele decir que cada puert cnstituye un dmini de clisines independiente, ya que las clisines que se prducen en un puert n afectan a ls demás. Ls cnmutadres Tken Ring pueden funcinar según el principi de puente pr encaminamient desde el rigen puente transparente. Cn cnmutadres LAN de elevad númer de puertas es psible incrementar de frma ntable la capacidad de una red lcal cn una mdificación mínima de la misma. Pr ejempl, si en una red se sustituye un hub cncentradr Ethernet de 24 puertas pr un cnmutadr LAN de 24 puertas, el rendimient máxim teóric se ha multiplicad pr 24 sin haber tenid que mdificar el cablead las tarjetas de red de ls rdenadres. En el cas de redes Ethernet el us de cnmutadres tiene un efect adicinal en la mejra del rendimient; recrdems que en redes CSMA/CD la eficiencia disminuye a medida que aumenta el númer de rdenadres, pr l que si se divide una red en varias mediante un cnmutadr se cnsigue un mejr rendimient en cada una de ellas al sprtar un númer más reducid de equips. Un prblema que se presenta cn ls cnmutadres LAN es que se pueden prducir situacines de cngestión, para las que n dispnen de muchs mecanisms de cntrl pues funcinan únicamente a nivel de enlace. Pr ejempl, si en un cnmutadr de puerts a 10 Mb/s diferentes puerts quieren enviar tráfic a la vez a un mism puert a 10 Mb/s cada un y esta situación se mantiene durante bastante tiemp el cnmutadr puede agtar el espaci en buffers dispnible, perdiéndse tramas a partir de ese mment. En el cas de Ethernet este prblema se resuelve mediante el cntrl de fluj. Al igual que ls puentes, ls cnmutadres LAN han de mantener en memria las tablas de direccines MAC en cada una de sus puertas. Las especificacines de un cnmutadr LAN indican nrmalmente el númer máxim de direccines que puede sprtar. Si el númer de equips activs en la red es superir a este númer máxim el rendimient de la red se ve afectad ya que las entradas en la tabla de direccines caducan cn demasiada rapidez, prvcand tráfic adicinal en la red debid al mecanism de inundación Almacenamient y Reenví vs Cut-Thrugh Dad que ls cnmutadres LAN sn esencialmente puentes cn muchas puertas su funcinamient nrmal requiere que antes de retransmitir una trama la reciban en su ttalidad para que puedan cmprbar el CRC y descartarla en cas de que éste sea erróne. Est bliga a que ls cnmutadres funcinen cm dispsitivs de almacenamient y reenví. En el cas de tramas grandes el requerimient de cmprbación del CRC intrduce un retard ntable en la prpagación de la trama, a menud superir al que intrduce el prpi prces de cnmutación; además si la trama ha de atravesar varis cnmutadres el almacenamient y reenví se ha de realizar en cada un de ells. Si n se hiciera la cmprbación del CRC la velcidad de cnmutación pdría aumentarse ntablemente y el retard reducirse, ya que el cnmutadr pdría empezar a enviar ls bits tan prnt hubiera recibid la dirección MAC a la que va dirigida la trama. Est es l que se denmina funcinamient en md Cut-Thrugh (literalmente abrirse camin) implementad en alguns cnmutadres. El prblema del funcinamient Cut-Thrugh es que se pueden estar prduciend errres de CRC que pasen inadvertids. En este cas las tramas erróneas serán descartadas pr el hst de destin, pr l que n hay riesg de que se interpreten cm crrects dats errónes, per aun así la situación es perjudicial para la red puest que se esta cupand anch de banda cn tráfic inútil. 1-5

6 Redes de Ordenadres Para evitar este prblema cuand ls cnmutadres funcinan en md Cut-Thrugh siguen cmprband el CRC; cuand se prduce un errr n pueden descartar la trama puest que esta ya ha sid transmitida, per sí que pueden pner a la estación emisra baj sspecha y a partir de ese mment pasar a funcinar en md almacenamient y reenví de frma selectiva, únicamente para las tramas que tengan cm dirección de rigen la de la estación sspechsa; si se cmprueba más tarde que el errr detectad fue alg esprádic se vlverá al md Cut-Thrugh para esa estación, de l cntrari se la mantendrá en estad vigilad, es decir en md almacenamient y reenví; esta frma de prceder se basa en la hipótesis de que una estación que genera tramas crrectas tiene una alta prbabilidad de seguir generand tramas crrectas, mientras que una que genera tramas erróneas, nrmalmente pr algún prblema de tip físic, tendrá una prbabilidad mayr de seguir generand tramas erróneas. 1.4 CONMUTACIÓN EN REDES ETHERNET La intrducción de ls cnmutadres LAN permite una serie de mejras en el funcinamient de las redes lcales que cmentarems a cntinuación Aunque ns centrarems en el cas cncret de Ethernet, pr ser la más cmún de las tecnlgías actuales, la mayría de ests principis sn aplicables a trs prtcls MAC, aunque su desarrll está en general más retrasad que en Ethernet Transmisión full dúplex Una red Ethernet puede funcinar en md full dúplex si se dan simultáneamente las tres cndicines siguientes: Que el medi físic permita transmisión full-dúplex; est se cumple en tds ls cass habituales except 10BASE5, 10BASE2 y 100BASE-T4. Que sól haya ds estacines cnectadas entre sí (pr ejempl cnmutadr-cnmutadr, cnmutadr-hst hst-hst). Que ls adaptadres de red y transceivers de ambs equips sprten el funcinamient en md full-dúplex. Cn sól ds estacines en la red y un canal de cmunicación independiente para cada sentid el medi de transmisión n es cmpartid, pr l que n hay ninguna necesidad de prtcl MAC; se puede pr tant inhabilitar el CSMA/CD y manejar el medi físic cm si se tratara de un enlace punt a punt full dúplex de la velcidad de la red (10, 100 ó 1000 Mb/s). Al n haber clisines en full dúplex n rige la limitación de distancia impuesta pr el 2τ de la Ethernet tradicinal half dúplex. La única restricción es la que viene impuesta pr la atenuación de la señal según el medi físic utilizad. Pr ejempl 100BASE-FX, que tiene una distancia máxima en half dúplex de 412 m, puede llegar en full dúplex a 2 Km. Cuand una estación se cnfigura en md full dúplex sin que se den las tres cndicines antes mencinadas el rendimient decae de frma espectacular, ya que se prducen clisines que n sn detectadas. Aprvechand la supresión de la restricción en distancia debida al CSMA/CD alguns fabricantes suministran transceivers láser que utilizand fibra mnmd en tercera ventana permiten llegar en Ethernet a distancias de más de 100 Km, a cualquiera de las velcidades habituales (10, 100 ó 1000 Mb/s). Ests equips n están estandarizads pr l que si se utilizan es cnveniente pner en ambs extrems sistemas del mism fabricante, asegurarse previamente de su cmpatibilidad e interperabilidad. Mediante dispsitivs regeneradres de la señal de baj cst es psible extender este alcance en principi indefinidamente, habiéndse hech pruebas a distancias de hasta 800 Km. De esta frma Ethernet se cnvierte en una alternativa interesante en redes de área extensa. Evidentemente cuand se transmite la señal a grandes distancias se intrduce un retard, a veces imprtante, debid a la velcidad de prpagación en el medi físic. 1-6

7 Puentes y Cnmutadres LAN Además de aumentar el rendimient y permitir distancias mayres el us de full dúplex simplifica el funcinamient, puest que se suprime el prtcl MAC. El aument en el rendimient btenid pr la transmisión full dúplex nrmalmente sól es significativ en cnexines cnmutadr-cnmutadr cnmutadr-servidr. En un equip mnusuari el full dúplex supne una mejra marginal ya que las aplicacines casi siempre están diseñadas para dialgar de frma half-dúplex 1. En Gigabit Ethernet full dúplex se suprimen la extensión de prtadra y las ráfagas de tramas, puest que sn innecesarias. Pr tant las ventajas en Gigabit Ethernet full dúplex sn aun mayres que las btenidas en Ethernet Fast Ethernet, hasta el punt que alguns autres dudan de que lleguen a extenderse en el mercad prducts Gigabit Ethernet half dúplex [13]. Para permitir el funcinamient full dúplex en Gigabit Ethernet sin tener que recurrir a la cnmutación pr puerta, que pdría resultar excesivamente cara en algunas situacines, se han idead recientemente uns dispsitivs que sn alg intermedi entre ls cncentradres y ls cnmutadres, denminads buffered repeaters, buffered distributr, full duplex repeater full duplex distributr. Un buffered repeater es un cnmutadr que carece de tabla de direccines MAC, pr l que cualquier trama que recibe la replica en tdas sus interfaces pr inundación, actuand de la misma frma que un cnmutadr cuand recibe una trama dirigida a una dirección que n aparece en sus tablas. Pr tant desde este punt de vista un buffered repeater actúa cm un cncentradr. Sin embarg a diferencia del cncentradr, que reprduce la trama bit a bit, el buffered repeater la almacena en su ttalidad antes de reenviarla, actuand cm un puente; est le permite funcinar en md full dúplex, cn l que n sufre las limitacines de distancia del half dúplex; tampc tiene que detectar clisines generar extensines de prtadra, l cual simplifica la electrónica asciada. Se espera que el buffered repeater sea bastante más barat de fabricar que un cnmutadr de Gigabit Ethernet, ya que debid a su funcinamient el tráfic ttal agregad de un buffered repeater está limitad a 1 Gb/s, l cual simplifica el diseñ respect a un cnmutadr nrmal, que en principi debe pder sprtar un tráfic ttal agregad igual a la suma del de tdas sus interfaces. Estrictamente habland ls buffered repeaters n sn parte del estándar Gigabit Ethernet; y pdrían aplicarse igualmente a Ethernet, Fast Ethernet u tras redes 802 ya que su principi de funcinamient es el mism que el de ls cnmutadres (que crrespnde al estándar 802.1D. de puentes transparentes). A la vista de ests desarrlls, que muy prbablemente dejarán en desus la Gigabit Ethernet half dúplex, cabría preguntarse pr que razón el subcmité 802.3z emprendió la ardua tarea de estandarizar Gigabit Ethernet half dúplex, cn tda la cmplejidad que est supus (definición del cncept de extensión de prtadra y ráfagas de tramas, pr ejempl). La explicación es de tip plític: para que el grup que definía Gigabit Ethernet pudiera cnstituirse cm un subcmité de era necesari que cntemplara el us de CSMA/CD (y pr ende el funcinamient half dúplex), ya que ésta es la característica esencial que identifica al subcmité dentr del cmité 802. En cas de n haber cntemplad el CSMA/CD el grup de Gigabit Ethernet habría tenid que slicitar al IEEE la creación de un nuev subcmité 802; est habría retrasad cnsiderablemente la estandarización, csa n deseada pr ningun de ls participantes en el grup Cntrl de fluj El funcinamient full dúplex se intrduj inicialmente cm una extensión n estándar pr parte de varis fabricantes. Cuand en 1997 el subcmité 802.3x l estandarizó incluyó además una nueva funcinalidad, el cntrl de fluj, que en Ethernet se implementa mediante el cmand PAUSE. El receptr puede en cualquier mment enviar al emisr un cmand PAUSE indicándle pr cuant tiemp debe dejar de enviarle dats. Durante ese tiemp el receptr puede enviar nuevs cmands PAUSE prlngand, reduciend suprimiend la pausa inicialmente anunciada. Cn est se pretende evitar el desbrdamient de ls buffers del receptr cn el cnsiguiente descarte de tramas, l cual causaría males mayres. El cntrl de fluj está especialmente indicad en el cas de cnmutadres, sbre td si frman parte del backbne de una red. Puede establecerse de frma asimétrica, pr ejempl en una cnexión cnmutadr-hst puede que de fluj sbre el hst, per n a la inversa. 1 Cn la ntable excepción de la videcnferencia punt a punt, dnde la infrmación fluye de frma full-dúplex bastante simétrica. 1-7

8 Redes de Ordenadres Desde el punt de vista de Ethernet el cntrl de fluj se implementó cm un nuev tip de prtcl de red. Para que funcine crrectamente es fundamental que las tramas de cntrl de fluj sean rápidamente identificadas pr ls cnmutadres, pr l que esta función se implementa nrmalmente en hardware. Est es much más fácil de hacer si ls cmands de cntrl de fluj pueden identificarse en la cabecera MAC de la trama y n en la LLC, pr l que se vi que era más eficiente utilizar el frmat DIX que el 802.2, ya que permitía pner el camp tip en la cabecera MAC. Se prpus entnces al cmité un nuev frmat de trama, que cincidía precisamente cn el frmat DIX. El cmité aceptó la prpuesta, per ya puests decidió estandarizar el nuev frmat para tds ls psibles prtcls de Ethernet, n sól para el cntrl de fluj. Cm cnsecuencia de est desde 1997 ls ds frmats de trama: el y el DIX sn legales según el estándar 802.3; la distinción entre ambs se hace según el valr del camp tip/lngitud, cm ya era habitual en tdas las implementacines. Cuand en una cnexión full dúplex se implementa cntrl de fluj cada equip debe dispner de espaci suficiente en buffers para aceptar td el tráfic prveniente del tr extrem en cas de que este envíe un cmand PAUSE. Dich espaci ha de ser cm mínim igual a la cantidad de dats que el tr equip pueda transmitir durante el tiemp de ida y vuelta (ya que mientras el cmand PAUSE viaja se cnsidere cnveniente que el cnmutadr ejerza cntrl hacia el emisr éste cntinúa enviand dats). Dich de tr md, hay que reservar un espaci en buffers igual al dble de l que cabe en el cable. Pr ejempl en una cnexión 1000BASE-LX full dúplex de 5 Km (tiemp de ida y vuelta 50 µs) se deberá dispner de bits (6,1 KBytes) para buffers. En el cas de cnexines Ethernet de larga distancia (superires a las permitidas pr el estándar) puede currir que el espaci en buffers sea insuficiente para albergar tds ls dats recibids cuand se emite un cmand PAUSE Autnegciación Ls medis físics 1000BASE-T y 100 BASE-TX utilizan el mism cnectr que 10BASE-T. Est permite aprvechar la misma instalación de cablead y latiguills para las tres redes, l cual da gran flexibilidad. Sin embarg desde el punt de vista del usuari supne también la psibilidad de cmeter errres, ya que la cmpatibilidad de cnectres n garantiza la cmpatibilidad de medis físics. El funcinamient full dúplex y el cntrl de fluj plantean un prblema parecid, ya que al ser partes pcinales del estándar n tienen pr qué estar dispnibles en tds ls equips. Esta diversidad de psibilidades en cuant a velcidad y funcinalidades dispnibles en el mism cnectr requiere una labrisa tarea de dcumentación para asegurar el crrect funcinamient de una red. Para simplificar esta tarea se añadió al estándar una característica denminada autnegciación, cnsistente en que cuand ds equips se cnectan intercambian unas señales anunciand sus psibilidades, de acuerd cn un prtcl especial. Est les permite negciar y funcinar de la frma cmpatible más eficiente psible 2. En el cas de un cnectr RJ-45 se negcia en primer lugar el medi físic en el siguiente rden: BASE-T BASE-T BASE-TX BASE-T BASE-T Una vez acrdada la velcidad se negcia el funcinamient half/full-dúplex, y pr últim el cntrl de fluj y si éste se establece cn carácter simétric asimétric. En el cas de la fibra óptica la velcidad n es negciable nrmalmente, ya que se utilian varias lngitudes de nda y esta n es ajustable. En ests cass l únic que se suele negciar es el funcinamient dúplex (half full) y el cntrl de fluj. La autnegciación es pcinal, pr l que cnviene cmprbar que esté sprtada pr ls equips antes de dejarl td en mans del funcinamient autmátic. Aun en el cas de que se sprte autnegciación es cnveniente cmprbar que se ha pactad el funcinamient más eficiente psible, 2 La idea es parecida a la utilizada en ls módems de red telefónica cnmutada, que mediante un prces de negciación acuerdan funcinar según la velcidad más alta sprtada pr ambs. 1-8

9 Puentes y Cnmutadres LAN sbre td en cnexines entre cnmutadres, ya que en este cas la ausencia de cntrl de fluj el funcinamient half dúplex puede supner una diferencia imprtante de rendimient. En alguns cass la autnegciación puede causar prblemas. Pr ejempl si cnectams mediante cablead categría 3 ds equips que sprtan 100BASE-TX y 100BASE-T4 las señales de autnegciación, que tienen uns requerimients ínfims en cuant a anch de banda, se transmiten perfectamente en el cable, per n verifican su categría (ya que incluir esta verificación en el transceiver sería muy csts). Pr tant la negciación dará cm resultad el funcinamient en 100BASE-TX. Una cnexión 100BASE-TX sbre cablead categría 3 n funcinará l hará cn muchs errres, pr l que en este cas será necesari cnfigurar manualmente ls equips y frzar el us de 100BASE-T4 para que la red funcine crrectamente. Afrtunadamente esta situación se da raramente ya que muy pcs equips implementan 100BASE-T4. La autnegciación sól es psible en cnmutadres y hsts, n en cncentradres, ya que ests requieren funcinar a la misma velcidad en tds sus puerts, y siempre en md half dúplex. En el mercad existen equips denminads cncentradres cn autnegciación 100/10 pr puert; ests equips en realidad sn internamente un cnmutadr cn ds puerts, un de 10 y un de 100 Mb/s, que tiene un cncentradr de 10 y un de 100 Mb/s cnectads a cada puert del cnmutadr; ls puerts físics se adscriben internamente a un u tr cncentradr en función de la velcidad del equip que se cnecta Agregación de enlaces La agregación de enlaces, también llamada trunking multiplexad invers, es una técnica desarrllada inicialmente pr la empresa Kalpana para utilizar varis enlaces Ethernet full-dúplex en la cmunicación entre ds equips, realizand repart del tráfic entre ells. Hy en día esta funcinalidad es frecida pr multitud de fabricantes para tdas las velcidades de Ethernet. En principi según el estándar si ds cnmutadres se unen pr ds enlaces el prtcl Spanning Tree desactivará un de ells, dejándl preparad para entrar en funcinamient en cas de fall del tr 3. La agregación de enlaces requiere deshabilitar el Spanning Tree entre ls enlaces que se agregan, para así pder repartir el tráfic entre ells. Ls enlaces pueden ser de 10, 100 ó 1000 Mb/s, per han de ser tds de la misma velcidad. Además de permitir acceder a capacidades superires cuand n es psible cambiar de velcidad pr algún mtiv, la agregación de enlaces permite un crecimient gradual a medida que se requiere, sin necesidad de cambis traumátics en las interfaces de red en la infraestructura. Aunque existen en el mercad prducts que permiten agregar hasta 32 enlaces full dúplex, parece que cuatr es un límite raznable, ya que al aumentar el númer de enlaces la eficiencia disminuye, y pr tr lad el cst de las interfaces acnseja entnces pasar a la velcidad superir en vez de agregar enlaces. La estandarización de la técnica de agregación de enlaces ha sid llevada a cab pr el grup de trabaj 802.3ad, que terminó la elabración del dcument en fase de brradr en Su ratificación es ya inminente. Actualmente existen multitud de prducts en el mercad cnfrmes cn dich brradr que pueden interperar entre sí. La agregación de enlaces requiere evidentemente el us de múltiples cables, csa que n siempre es psible, sbre td si se trata de enlaces a gran distancia. En el cas de fibra óptica el prblema puede reslverse mediante la técnica cncida cm WDM (Wavelength Divisin Multiplexing) que cnsiste en multiplexar varias señales en una misma fibra utilizand lngitudes de nda ligeramente distintas dentr de la misma ventana (equivalente a usar luz de diferentes clres ). La WDM se utiliza desde hace algún tiemp en enlaces de área extensa dnde el mejr aprvechamient de las fibras cmpensa el elevad cst de ls equips. Recientemente han aparecid dispsitivs WDM a precis asequibles (uns 2 millnes de pesetas) que multiplexan cuatr señales Gigabit Ethernet en una misma fibra, pudiend así transmitir 4 Gb/s full dúplex pr un par de fibras. Cm detalle curis cmentarems que cn WDM también es psible multiplexar el canal de ida y el de vuelta en una misma fibra, cn l que es psible tener cmunicación full dúplex pr una sla fibra. 3 En el cas de que ningun de ls ds cnmutadres implementara el prtcl Spanning Tree se prduciría un bucle que clapsaría e inutilizaría ambs enlaces. 1-9

10 Redes de Ordenadres 1.5 DISEÑO DE REDES LOCALES Planificación de capacidad. Dimensinamient El respnsable de una red lcal tiene a menud que plantearse la mejra de partes de la misma para evitar que ls niveles de saturación prduzcan una merma en la calidad de servici percibida pr ls usuaris, csa que n debería currir en una red lcal dnde en principi el anch de banda está dispnible a baj cst. Para esta tma de decisines es necesari dispner de parámetrs de medida bjetivs, que ns permitan cmparar ls niveles de calidad de servici de acuerd cn criteris hmgénes para tda la red. Cm ya hems cmentad las clisines de una red Ethernet n sn en sí mismas una medida adecuada del grad de saturación de una red, ya que su interpretación está íntimamente ligada al tamañ de trama medi de una red. Un parámetr much más aprpiad es el nivel de cupación medi de la red. Este valr puede btenerse a partir de ls cntadres de tráfic de las interfaces en ls diverss dispsitivs de la red (cnmutadres, ruters, etc.), pr ejempl cada cinc minuts vía SNMP. De esta frma es psible calcular y representar gráficamente el tráfic medi en una red a intervals de cinc minuts. Una vez hems recpilad esta infrmación para tdas las interfaces que cnstituyen nuestra red lcal pdems cmparar ls valres y aplicar criteris bjetivs para decidir dnde es pertienente adptar medidas para ampliar la capacidad. Según Seifert [13], [16] en el cas de una red lcal utilizada para aplicacines típicas de fimática cn decenas de estacines pr red se puede cnsiderar que se da una carga excesiva en la red si se da alguna de las siguientes circunstancias: Se supera el 50% de cupación durante 15 minuts, bien Se supera el 20-30% durante una hra, bien Se supera el 10-20% durante ch hras. En principi una red pdría estar al 100% de cupación durante cinc minuts, y es n sería mtiv para plantearse un aument de capacidad. La razón es la siguiente: esa cupación pdría estar prvcada pr un usuari que transfiere un ficher grande (pr ejempl 400 Mbytes en una red de 10 Mb/s). Si ese tip de utilización es esprádic nrmalmente el tiemp de respuesta será aceptable, y si es frecuente prvcará que se supere algun de ls umbrales antes mencinads. Una psible excepción a la regla anterir serían las redes en las que se utilicen aplicacines en tiemp real (vídecnferencia víde baj demanda, pr ejempl). En este cas el criteri debería ser mas exigente (pr ejempl 50% de cupación durante 5 minuts) y aun así se pueden prducir clapss mmentanes. En realidad si se quiere utilizar este tip de aplicacines cn garantías en una red Ethernet es precis utilizar cnmutadres hasta el puest del usuari final Diseñ de redes Ethernet Gracias a ls desarrlls habids en ls últims añs Ethernet presenta una enrme gama de psibilidades: diverss medis físics (cbre y fibra), velcidades (10/100/1000 Mb/s) y mds de funcinamient (puerts cmpartids/cnmutads, transmisión half/full dúplex y agregación de enlaces). Est da una gran versatilidad que permite diseñar una red lcal cmpleta cualesquiera que sean las necesidades que se presenten. Vams a dar en este apartad algunas indicacines generales sbre aspects a tener en cuenta al diseñar una red lcal basada en Ethernet. En primer lugar se plantea la disyuntiva del medi cmpartid cnmutad, es decir, si se debe cnectar ls equips de usuari final a cncentradres (hubs) directamente a cnmutadres. 1-10

11 Puentes y Cnmutadres LAN Analizand la evlución a l larg de varis añs del cst pr puert de ls cncentradres frente a ls cnmutadres bservams que la diferencia es cada vez menr, cm se aprecia en la tabla 1.1. Tip de red Mb/s cmpartids , Mb/s cnmutads Rati 10 Mb/s 8:1 6:1 3:1 2:1 100 Mb/s cmpartids Mb/s cnmutads Rati 100 Mb/s 5:1 2:1 1 Gb/s cmpartids (70-150) 1 Gb/s cnmutads ( ) Rati 1 Gb/s 2:1 Tabla Preci pr puert (en miles de pesetas) de Ethernet cmpartida y cnmutada. Dats btenids de [13]. En 1991 la relación para Ethernet 10 Mb/s cnmutad:cmpartid era de 8:1, mientras que en 1998 se había reducid a 2:1. Una evlución análga ha currid cn Fast Ethernet, que también se encuentra actualmente en 2:1. Es previsible que para Gigabit Ethernet se mantenga una relación similar (en el cas de que se lleguen a desarrllar cncentradres de Gigabit Ethernet). Esta evlución se explica prque el cst de la electrónica de cnmutación disminuye a mayr velcidad que el del rest de cmpnentes. Extrapland ls dats de la tabla anterir pdems esperar que el rati descienda aún más en el futur. Si además tenems en cuenta que el cst de la instalación física (cablead) y de las interfaces de red sn ls misms en ambs cass, el rati es aún menr. Pr tds ests mtivs hy en día se cnsidera que el diseñ de una red Ethernet debe basarse nrmalmente en el us de cnmutación a nivel del usuari final, es decir se recmienda la cmpleta supresión de ls cncentradres. El us de cnmutadres permite suprimir ttalmente el prtcl CSMA/CD, y eventualmente extender el funcinamient en md full dúplex a tda la red. El us de la transmisión full dúplex es especialmente imprtante en el cas de cnexines cnmutadr-cnmutadr, cnmutadr-ruter y cnmutadr-servidr. Respect a ls medis físics dispnems básicamente de tres alternativas cuyas distancias y cst relativ aparecen en la tabla 1.2. Medi físic 10 Mb/s 100 Mb/s 1000 Mb/s Cst relativ Cbre UTP m 100 m 100 m 1 F.O. 1ª ventana 2 Km 500 m m 2 F.O. 2ª ventana - 2 Km 550m-5Km 6 Tabla Medis físics más cmunes en Ethernet A pesar del desarrll de ptelectrónica VCSEL de baj cst en primera ventana, las interfaces en fibra óptica seguirán siend más caras que las de UTP-5. Pr tant es preferible utilizar cable de cbre siempre que las distancias l permitan, salv que las cndicines ambientales acnsejen tra csa. En cuant a la elección de velcidad de la red, est dependerá evidentemente del tip de aplicacines y de las necesidades. En la tabla 1.3 dams unas recmendacines rientativas en función del tip de equip a cnectar. 1-11

12 Redes de Ordenadres Equip a cnectar Tip de cnexión acnsejada Puest de trabaj 10BASE-T cnmutada full duplex 100BASE-TX cnmutada full duplex Servidr 100BASE-TX cnmutada full duplex 2, 3 ó 4 100BASE-X cnmutada full duplex (etherchannel, 802.3ad) 1000BASE-T cnmutada full duplex cn buffered repeater Backbne 100BASE-X cnmutada full duplex (cnmutadr-cnmutadr) 2, 3 ó 4 100BASE-X cnmutada full duplex (etherchannel, 802.3ad) 1000BASE-X cnmutada full duplex 2, 3 ó BASE-X cnmutada full duplex (etherchannel, 802.3ad) Tabla Recmendacines de diseñ de una red lcal Ethernet Redes lcales virtuales (VLANs) Una de las grandes virtudes de ls puentes y ls cnmutadres es su sencillez de manej. Debid a su funcinamient transparente es psible realizar una cmpleja red, inclus cn enlaces WAN si se utilizan puentes remts, sin tener que cnfigurar ningún ruter. A finales de ls chenta se pus de mda la idea de desarrllar grandes redes, inclus a nivel de redes nacinales, basadas únicamente en el us de puentes transparentes. Sin embarg prnt se vi que esta estrategia tenía ds incnvenientes seris: Ls puentes prpagan el tráfic bradcast y multicast; generalmente ls prtcls rientads a redes lcales hacen un us exhaustiv de este tip de tramas, especialmente las bradcast, para anunciar td tip de servicis (a veces se les llama pr est prtcls charlatanes ); inclus IP, que n es especialmente pródig en mensajes bradcast ls emplea para la reslución de direccines (prtcls ARP, RARP, BOOTP y DHCP). La prliferación de tráfic bradcast en una red es especialmente grave más que pr el anch de banda desperdiciad pr el cnsum de cicls de CPU que se prduce en tds ls rdenadres de la red; este n es el cas cn las tramas multicast, ya que cuand una trama multicast n incumbe a una estación (es decir, dicha estación n pertenece a dich grup multicast) es descartada pr la interfaz de red lcal. La transparencia de ls puentes hace difícil establecer mecanisms de cntrl, prtección y filtrad de tráfic, pr l que las redes muy grandes basadas en puentes se hacen inmanejables. Además en ls cass en que quieren cntrles mecanisms de gestión se han de utilizar direccines MAC que n sn agregables, es decir n existe ningún prefij cmún en la dirección MAC que permita referirse identificar una parte de la red, ya que la asignación n ha seguid ningún criteri gegráfic ni se crrespnde cn la tplgía de la red. Cm cnsecuencia de est la creación de grandes redes lcales está desacnsejada y es práctica habitual en ests cass separar mediante ruters las diversas partes de la red; este es el cas en un campus gran edifici, pr ejempl. Ls ruters, al actuar a nivel de red, aíslan las tramas bradcast y multicast y facilitan la gestión al realizar una agregación de las direccines de nivel de red Es difícil fijar un númer cncret para el máxim de nds que debe haber en una red lcal, ya que este depende de las características de la red y ls prtcls utilizads, per a títul rientativ direms que en redes que utilizan un prtcl relativamente discret en cuant al tráfic bradcast (cm es el cas de IP) en trn a 800 rdenadres cm máxim pr red lcal es un númer raznable. Si la misma red lcal maneja varis prtcls de nivel de red simultáneamente el númer máxim n debería estar pr encima de ls Ests últims valres de rdenadres también se aplican cuand se utiliza algun de ls prtcls calificads de charlatanes, cm AppleTalk NetBis (NetBis es el prtcl de red utilizad cmúnmente pr ls sistemas perativs Windws de Micrsft, aunque ests servicis también se pueden sprtar sbre TCP/IP). Muchs prgramas analizadres permiten medir la cantidad de tráfic bradcast de una red (en paquetes pr segund) pudiend inclus disparar una alarma cuand esta cantidad supera un determinad valr umbral fijad cm excesiv pr el usuari. El us de estas herramientas en una red ns permitirá medir el tráfic bradcast de cada zna y tmar así las 1-12

13 Puentes y Cnmutadres LAN decisines aprpiadas sbre una psible división reestructuración de la red en base a dats bjetivs y cuantificables. Dividir una red lcal cn criteris gegráfics resulta relativamente sencill, ya que nrmalmente la tplgía del cablead ns permite realizar esa división de manera directa. Pr ejempl supngams que querems dividir en varias una red lcal que abarca el campus de una universidad. Si decidims crear una red lcal pr edifici cnectarems entre sí ls cnmutadres de cada edifici y a su vez cnectarems cada edifici a una interfaz diferente del ruter que intercnecte td el campus. Sin embarg a menud se requiere realizar una división lógica de acuerd a criteris funcinales, que n siempre cinciden cn la ubicación física. Pr ejempl en el cas de una universidad se pdría pensar pr raznes de eficiencia y seguridad en crear una red para investigación, tra para dcencia y tra para tareas administrativas y de gestión. Nrmalmente habrá varis edificis en ls que habrá que dtar una serie de puests de cada una de las tres redes mencinadas, en cuy cas habría que instalar en ls crrespndientes armaris de cablead cnmutadres independientes e intercnectarls entre sí pr separad. Est prvca una red cmpleja y muy cara, ya que en muchs cass habrá equips infrautilizads. La slución a este prblema es la creación de redes lcales virtuales, VLANs. Pdems pensar en las VLANs cm una frma de realizar una partición lógica de un cnmutadr en trs más pequeñs, de frma que aunque se trata de un sl equip dividims ls puerts en grups que sn cmpletamente independientes entre sí. Esta funcinalidad está dispnible hy en día en la mayría de ls cnmutadres del mercad, except en ls de gama más baja. Supngams, siguiend cn nuestr supuest anterir, que hems decidid en efect dividir la red de campus en tres VLANs que denminams I (de investigación), D (de dcencia) y A (de administración); en un mment dad ns encntrams en un armari de cablead cnfigurand un cnmutadr de 16 puerts y se ns plantea la necesidad de suministrar servici a 4 equips de la VLAN I, 4 de la D y 4 de la A. Pdríams asignar pr ejempl ls puerts 1 a 4 a la VLAN I, 5 a 8 a la VLAN D y 9 a 12 a la VLAN A, dejand ls puerts 13 a 16 libres para futuras ampliacines (ls puerts de una misma VLAN n tienen pr que estar cntigus, aunque a menud se hace así pr sencillez). A partir de ese mment el cnmutadr se cmprtará cm cuatr cnmutadres virtuales de 4 puerts cada un (ls crrespndientes a las tres VLANs y un cuatr crrespndiente a ls puerts n asignads). De esta frma pdems ir asignand puerts a una u tra VLAN de frma flexible en función de las necesidades. Ns queda pr reslver la cnexión de nuestras tres VLANs cn el rest de la red. Una psibilidad sería asignar ls puerts 13, 14 y 15 a cada una de las tres VLANs y cnectarls cn tres cables a tres puerts del cnmutadr principal del edifici, asignads a las tres VLANs. Siguiend este sistema llegaríams al ruter del campus dnde un cnmutadr cn puerts en las tres VLANs se cnectaría a tres interfaces físicas diferentes del ruter. Aunque físicamente las tres VLANs cmparten ls cnmutadres sigue habiend tres redes separadas en el cablead, ya que nunca viajan pr un mism cable tramas de VLANs diferentes. Cabría pensar en un nivel adicinal de ptimización en el que se cmpartiera un mism cable para diferentes VLANs. Est permitiría un ahrr cnsiderable en el númer de puerts cnsumids en ls enlaces trncales de agregación, especialmente cuand se manejan muchas VLANs; pr ejempl en nuestr cas pdríams emplear sl un puert (digams el 13) para cnectar las tres VLANs, liberand así ls puerts 14 y 15 para trs uss. Est se denmina cnfigurar un enlace trunk trncal. Cm es lógic ls enlaces Trunk suelen ser de mayr capacidad que ls puerts nrmales del cnmutadr ya que sprtan un tráfic más elevad; pr ejempl en un cnmutadr de puerts a 10 Mb/s el enlace trunk típicamente será de 100 Mb/s y en un cn puerts de 100 Mb/s será de Gigabit Ethernet. Ls enlaces Trunk supnen un cambi imprtante en el funcinamient de ls cnmutadres, ya que al mezclar tramas de diferentes VLANs pr el mism cable es precis marcarlas etiquetarlas de alguna manera a fin de pder entregarlas a la VLAN adecuada en el tr extrem. El marcad se hace añadiend un camp nuev en la cabecera de la trama MAC, l cual hace que el tamañ de la trama Ethernet supere ligeramente la lngitud máxima de 1500 bytes en alguns cass, ya que un cnmutadr puede recibir una trama de 1500 bytes y si la ha de enviar pr un enlace trunk tendrá que incrprarle la etiqueta crrespndiente (en ningún cas está permitid fragmentar la trama riginal). Ls primers sistemas de etiquetad de tramas eran prpietaris, pr l que ls enlaces trunk sl pdían interperar entre equips del mism fabricante. Hy en día existe un frmat estándar para clcar las etiquetas de VLAN que es el 1-13

14 Redes de Ordenadres cncid cm IEEE 802.1q que es el que utilizan prácticamente la ttalidad de ls equips actuales. De esta frma es psible diseñar cmplejas redes cn VLANs utilizand equips de diferentes fabricantes Es interesante cmentar las cnsecuencias que la creación de VLANs tiene sbre el funcinamient del prtcl Spanning Tree. En principi en un cnmutadr tds ls puerts se encuentran asignads a la VLAN pr defect y cualquier bucle que se realice a través de cualquiera de ells será detectad y desactivad pr el cnmutadr. Sin embarg cuand creams VLANs nuevas el cnmutadr ejecuta una instancia diferente de Spanning Tree para cada VLAN cn ls puerts que tiene asignads, y detectará de frma cmpletamente independiente la aparición de bucles en cualquiera de sus VLANs. Pr ejempl, si en el cnmutadr de nuestr ejempl anterir cnectams el puert 4 cn el 5 antes de crear las VLANs esa cnexión se detecta cm un bucle cn l que el cnmutadr desactiva una de las ds puertas y pr tant el enlace. En cambi después de haber cread las VLANs esa cnexión ya n es un bulce, sin una cnexión entre la VLAN I y la D. En alguns cass una buena cmbinación de VLANs Spanning Tree permite cnseguir mejras en el rendimient. Veámsl cn un ejempl. Supngams que tenems una red frmada pr ds cnmutadres, cada un cn 48 puerts 10BASE-T y 2 puerts 100BASE-F; en ls puerts 10BASE-T hay cnfiguradas varias VLANs y ls ds cnmutadres están unids entre sí pr un de ls puerts 100BASE-F cnfigurad cm truk (el tr puert 100BASE-F está libre). Evidentemente pr dich enlace trunk circula mezclad el tráfic crrespndiente a tdas las VLANs definidas. Supngams que hems medid el tráfic en el enlace trunk y hems bservad que se encuentra saturad, pr l que necesitams aumentar la capacidad de la cnexión entre ambs cnmutadres y n pdems cmprar nuev equipamient. Para ell cnectams ls ds equips a través de la segunda interfaz 100BASE-F, per cm ls cnmutadres n sprtan agregación de enlaces el Spanning Tree desactiva la segunda cnexión, cn l que n hems cnseguid ningún aument de la capacidad. Ahra bien, el Spanning Tree elige cm vía preferente de cmunicación un de ls ds enlaces 100BASE-F en base a un algritm determinista, en el que intervienen entre trs parámetrs cnfigurables pr el usuari. Pr defect tdas las VLANs tienen ls misms valres de ests parámetrs y tdas eligen el mism enlace cm vía preferente, per es psible alterar el valr de ess parámetrs en algunas VLANs frzand así la elección inversa, de frma que pdrems repartir el tráfic entre ls ds enlaces y en la práctica aumentar el fluj de tráfic entre ambs cnmutadres. Jugand cn la asignación preferente para cada VLAN de un u tr enlace trunk pdrems cnseguir un repart l más equilibrad psible entre ambs. Una prpiedad interesante de las VLANs es la psibilidad de cnfigurar interfaces virtuales en ls hsts. Supngams pr ejempl que en nuestr supuest de campus cn tres VLANs, I, D y A, tenems un servidr imprtante y ptente que deseams esté accesible de frma directa en las tres, de frma que cualquier hst de cualquiera de las VLANs pueda acceder a él sin necesidad de pasar pr un ruter. Una psibilidad sería dtar a dich servidr de tres interfaces de red y cnectar cada una de ellas a un puert del cnmutadr asignad a cada una de las VLANs. Cada interfaz recibiría una dirección de red crrespndiente a la VLAN en la que se encntrara. Sin embarg esta slución se hace inmanejable si aumenta el númer de VLANs. Otra psibilidad, más interesante, sería cnfigurar una interfaz de red del servidr cm tres interfaces virtuales y cnectarla a un puert trunk del cnmutadr. Para est necesitarems dispner de drivers cn sprte de IEEE 802.1q para la interfaz de red y el sistema perativ que estems utilizand. Dada la gama de psibilidades existente a veces hay la tendencia a ubicar ls servidres principales de una red en tdas las VLANs de ésta, a fin de evitar el pas pr el ruter y cnseguir una cmunicación más directa cn ls hsts. Cnviene destacar sin embarg que en cas de ubicar un hst en varias VLANs (tant si es cn una interfaz física cm virtual en cada una de ellas) el hst tendrá que prcesar ls paquetes bradcast que reciba en tdas las VLANs en las que esté presente. 1.6 EJERCICIOS 1. Indique si es verdadera falsa cada una de las siguientes afirmacines: a) Cuand una red crece de frma cnsiderable es cnveniente utilizar puentes para reducir el tráfic bradcast generad a nivel MAC. 1-14

15 Puentes y Cnmutadres LAN b) El Spanning Tree es un prtcl que permite tener enlaces redundantes en una red, per n repartir tráfic entre ells. c) La cmunicación full dúplex en redes lcales sl es psible cuand la red esta frmada pr ds estacines únicamente. 2. Supnga que en un punt de un edifici tiene que unir entre si tres redes Ethernet (segments 10Base5 pr ejempl). Para ell puede utilizar bien un puente cn tres interfaces, un repetidr también cn tres interfaces. En principi pr l que se refiere a la tplgía de la red y el númer de estacines puede utilizar un u tr. Cual sería la diferencia entre emplear el puente el repetidr? En que cas serían ambs equivalentes, desde el punt de vista del tráfic que circularía pr cada segment?. 3. Siguiend cn el supuest anterir de ls tres segments Ethernet (que llamarems X, Y y Z), supnga ahra que dispne para unirls de tres puentes y tres repetidres, cada un cn ds interfaces, y puede utilizar cualquier cmbinación de ests equips para unir ls segments entre sí. Diga cuales de las siguientes tplgías serían válidas y cuales n, y cmente que curriria en cada una de ellas. Supnga que ls puentes implementan el prtcl spanning-tree. A: B: X---r---Y X---p---Y \ r / r \ p / p \ / \ / Z Z C: D: X---p---Y X---r---Y \ r / r \ p / p \ / \ / Z Z E: F: X Y X Y \ / \ / r r \ / p p \ / Z Z G: H: X \ Y / X \ Y / p r p r \ / Z \ / r- --Z 4. Las prestacines de un puente se suelen medir en pps (paquetes pr segund) filtrads pr interfaz y pps transmitids; el primer parámetr indica el númer de paquetes que el puente es capaz de analizar en cada interfaz (entendiend pr análisis el prces de interpretar la dirección MAC en la trama y buscarla en sus tablas); el segund indica que cantidad de paquetes puede pasar el puente de una red a tra (evidentemente un númer igual menr que el primer). Calcule el númer de pps que debe pder filtrar y transmitir un puente cn ds interfaces 10Base2 para asegurar que el puente n supndrá en ningún cas un factr limitante del rendimient de la red. 1-15

16 Redes de Ordenadres 5. Ls puentes dispnen de una zna de memria limitada, destinada a almacenar las direccines MAC de ls equips que están presentes en cada una de las LANs a las que están cnectads. Una empresa tiene un puente cn capacidad máxima de 1024 direccines que está cnectad a ds redes Ethernet, A y B, cn 400 y 800 rdenadres respectivamente. Cuand tds ls rdenadres están cnectads el puente se blquea, ya que su tabla de direccines se desbrda. Para reslver el prblema el administradr de la red ha decidid partir la Ethernet B pr la mitad, instaland tr puente que cnecte 400 equips a cada lad; de esta frma cada puente sl está cnectad directamente a 800 equips (400 en cada red). Ha resuelt el administradr el prblema? 6. Una empresa psee una LAN Ethernet frmada pr ds segments de cable caxial, A y B, unids entre sí mediante un repetidr. La empresa dispne de ds servidres principales, X e Y, que sn accedids pr ls demás rdenadres de la empresa. El administradr de la red encarga una auditría de la red a una empresa especializada, la cual emite el siguiente infrme: El tráfic se cmprta de frma regular cn un vlumen medi de 4 Mb/s, el 50% del cual es generad pr el servidr X, el 40% pr el servidr Y y el 10% restante pr trs rdenadres. El 80% del tráfic generad pr el servidr X va dirigid a rdenadres situads en el segment A, y el 75% del tráfic generad pr el servidr Y está destinad a rdenadres ubicads en el segment B. Ls servidres están ubicads físicamente en la misma habitación que el repetidr, y pueden estar cnectads indistintamente a un u tr de ambs segments. Inicialmente ambs servidres se encntraban en el segment A, per a la vista del infrme anterir el administradr decide cambiar el servidr Y al segment B. Diga si dicha decisión es crrecta, incrrecta irrelevante en cuant al rendimient que pdrá btenerse de la red. Más adelante la empresa decide sustituir el repetidr pr un puente transparente de ds interfaces, para aumentar así la capacidad de su red. Cual sería en este cas la frma óptima de cnectar ls servidres? y la frma pésima, es decir, la mens eficiente? 7. Un puente transparente cn ds interfaces tiene un defect en la memria RAM que utiliza para almacenar las direccines MAC, cm cnsecuencia de la cual casinalmente las direccines cntenidas en sus tablas sn incrrectas (la tasa de errr es de un en un millón). Que cnsecuencias tiene est para el funcinamient de la red? a) N funcina en abslut b) Funcina nrmalmente c) Funcina nrmalmente, salv una pequeña merma de la eficiencia d) Funcina nrmalmente, salv una pequeña merma de la eficiencia y una remta psibilidad de que alguna estación quede inaccesible durante alguns minuts. 8. Una empresa tiene ds ficinas, en cada una de las cuales hay una red lcal cnstituida pr una red (10BASE2) a la cual están cnectads ls rdenadres. Las ficinas están cnectadas mediante ds líneas E1, y en cada ficina hay ds puentes transparentes, cada un cnectad a una de las líneas y a la LAN. Ls cuatr puentes sn del mism mdel y del mism fabricante e implementan el prtcl spanning tree. La única aplicación de red que utilizan ls empleads de la empresa es un sistema de vídecnferencia punt a punt (es decir, un a un), y sl la utilizan para cmunicar cn empleads de la tra ficina, nunca dentr de la misma ficina. La aplicación utilizada genera un paquete cada 40 milisegunds y para funcinar crrectamente necesita 160 Kb/s (medids a nivel de red, es decir cntand el paquete de nivel 3 incluida la cabecera). Calcule: 1-16

17 Puentes y Cnmutadres LAN a) El númer máxim de vídecnferencias simultáneas que pdrán mantenerse entre las ds ficinas b) Si en un mment en que se están celebrand ese númer de vídecnferencias se mide cn un analizadr el tráfic a nivel físic en la red lcal de una de las ficinas, que valr se btendría? c) El númer de paquetes pr segund que estaría prcesand cada un de ls puentes en ese mment. Supsicines: N será factr limitante la capacidad de prces la memria de ls rdenadres, ni la de ls puentes. Cada rdenadr sl puede mantener cm máxim una vídecnferencia Aunque ls puentes encapsulan las tramas en tramas HDLC, cnsidere despreciable el verhead intrducid pr las cabeceras HDLC y el debid al rellen de bits. 9. A cntinuación se adjunta la salida (parcial) btenida pr cnsla de ds cmands ejecutads en el cnmutadr que desde el Servici de Infrmática cnectaba el campus de Burjasst en En este cas se refleja únicamente la infrmación relativa a ls edificis A, B, C y D del campus. La cnexión de ests edificis es cm sigue: Tds ls rdenadres del edifici A se cnectan al cnmutadr pr 10BASE-FL. Td el edifici frma una única red Ethernet de 10 Mb/s cmpartida. Ls edificis B y D se cnectan cada un mediante ds enlaces 10BASE-FL (aprximadamente la mitad de ls rdenadres de cada edifici a través de cada un de ls ds enlaces). Cada una de estas ds mitades frma una red Ethernet (un dmini de clisines). En el edifici C hay un cnmutadr cn una puerta 100BASE-FX y múltiples puertas de 10 Mb/s (10BASE-T); el cnmutadr se cnecta pr la puerta 100BASE-FX al cnmutadr del Servici de Infrmática y las puertas 10BASE-T se usan para repartir l mejr psible ls rdenadres situads en el edifici en dminis de clisión diferentes. Ls cmands muestran una serie de cntadres de tráfic de cada un de ls puerts; ls cntadres fuern brrads a las 14:28 aprximadamente y la ejecución que se muestra crrespnde a las 15:32, aprximadamente. Haciend us de la infrmación dispnible calcule: El tráfic medi de cada puert, en tramas/s y bits/s. El tráfic bradcast y multicast (en tramas/s y bits/s). El tamañ medi de las tramas recibidas pr cada puert, y el tamañ medi de trama para el tráfic en ls seis puerts (j, este últim n necesariamente será la media de ls seis anterires). Realice ls cmentaris y extraiga las cnclusines que cnsidere pertinentes a la vista de ls valres mstrads en ests cmands. cataciuv> shw prt Prt Name Status Vlan Level Duplex Speed Type /1 Edif. A (1/1) cnnected 2 nrmal half 10 10BaseFL MM 4/2 Edif. B (1/2) cnnected 2 nrmal half 10 10BaseFL MM 4/3 Edif. B (2/2) cnnected 2 nrmal half 10 10BaseFL MM 4/5 Edif. D (1/2) cnnected 2 nrmal half 10 10BaseFL MM 4/6 Edif. D (2/2) cnnected 2 nrmal half 10 10BaseFL MM 7/5 Edifici C cnnected 2 nrmal half BaseFX MM Prt Align-Err FCS-Err Xmit-Err Rcv-Err UnderSize / / / / / /

18 Redes de Ordenadres Prt Single-Cl Multi-Cll Late-Cll Excess-Cl Carri-Sen Runts Giants / / / / / / Last-Time-Cleared Mn Mar , 13:27:49 cataciuv> shw mac MAC Rcv-Frms Xmit-Frms Rcv-Multi Xmit-Multi Rcv-Brad Xmit-Brad / / / / / / Prt Rcv-Unicast Rcv-Multicast Rcv-Bradcast / / / / / / Prt Xmit-Unicast Xmit-Multicast Xmit-Bradcast / / / / / / Prt Rcv-Octet Xmit-Octet / / / / / / Last-Time-Cleared Mn Mar , 14:27:49 cataciuv> shw time Mn Mar , 15:32:22 MET cataciuv> exit Infrmación suplementaria: Descripción de ls camps del cmand 'shw prt' (btenida directamente del manual del fabricante) Field Prt Name Status Descriptin Mdule and prt number. Name (if cnfigured) f the prt. Status f the prt (cnnected, ntcnnect, cnnecting, standby, faulty, inactive, shutdwn, disabled, r mnitr). 1-18

19 Puentes y Cnmutadres LAN Vlan VLANs t which the prt belngs. Level Level setting fr the prt (nrmal r high). Duplex Duplex setting fr the prt (aut, full, fdx, half, hdx, a-half, a-hdx, a-full, a-fdx). Speed Speed setting fr the prt (aut, 10, 100,155, a-10, a-100, 4, 16, a-14, a-16). Type1 Prt type, fr example, 10BaseT, 10BaseFL MM, 100BaseTX, 100BaseT4, 100BaseFX MM, 100BaseFX SM, 10/100BaseTX, TkenRing, FDDI, CDDI, and RSM. Align-Err Number f frames with alignment errrs (frames that d nt end with an even number f ctets and have a bad CRC) received n the prt. FCS-Err Number f frame check sequence errrs that ccurred n the prt. Xmit-Err Number f transmit errrs that ccurred n the prt (indicating that the internal transmit buffer is full). Rcv-Err Number f receive errrs that ccurred n the prt (indicating that the internal receive buffer is full). UnderSize Number f received frames less than 64 ctets lng (but are therwise well-frmed). Single-Cll Number f times ne cllisin ccurred befre the prt successfully transmitted a frame t the media. Multi-Cll Number f times multiple cllisins ccurred befre the prt successfully transmitted a frame t the media. Late-Cll Number f late cllisins (cllisins utside the cllisin dmain). Excess-Cl Number f excessive cllisins that ccurred n the prt (indicating that a frame encuntered 16 cllisins and was discarded). Carri-Sen Number f times the prt sensed a carrier (t determine whether the cable is currently being used). Runts Number f received runt frames (frames that are smaller than the minimum IEEE frame size) n the prt. Giants Number f received giant frames (frames that exceed the maximum IEEE frame size) n the prt. Last-Time-Cleared Last time the prt cunters were cleared. Descripción de ls camps del cmand 'shw mac' (btenida directamente del manual del fabricante) Field MAC Rcv-Frms Xmit-Frms Rcv-Multi Xmit-Multi Rcv-Brad Xmit-Brad Rcv-Unicast Rcv-Multicast Rcv-Bradcast Xmit-Unicast Xmit-Multicast Xmit-Bradcast Rcv-Octet Xmit-Octet Last-Time-Cleared Descriptin Mdule and prt. Frames received n the prt. Frames transmitted n the prt. Multicast frames received n the prt. Multicast frames transmitted n the prt. Bradcast frames received n the prt. Bradcast frames transmitted n the prt. Number f unicast frames received n the prt. Number f multicast frames received n the prt. Number f bradcast frames received n the prt. Number f unicast frames transmitted n the prt. Number f multicast frames transmitted n the prt. Number f bradcast frames transmitted n the prt. Number f ctet frames received n the prt. Number f ctet frames transmitted n the prt. Date and time f the last clear cunters cmmand. 10. Supnga que tiene una red lcal cn ds VLANs que denminarems Rja y Azul. Un expert ha mnitrizad la red durante períds de intensa actividad y ha llegad a la cnclusión de que una de las ds 1-19

20 Redes de Ordenadres debe partirse prque tiene un tráfic bradcast excesiv, per ha perdid la nta que indicaba a que red se refería. Cm aun dispne del analizadr usted decide repetir las medidas para averiguar a cual de ellas se refería el expert, y btiene ls siguientes resultads: A cual de las ds redes se refería el expert? Tráfic bradcast VLAN Paquetes/s Kbits/s Rja Azul