INTRODUCCION. Consideraciones previas. Dispositivos LAN L1: Dispositivos LAN L2: Repetidores hubs. Puentes Conmutadores o switches

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1 SWITCHES

2 INTRODUCCION Consideraciones previas Dispositivos LAN L1: Repetidores hubs Dispositivos LAN L2: Puentes Conmutadores o switches

3 HUBS Dispositivo L1 Los puertos están eléctricamente conectados Retransmiten los datos de un puerto a todos los demás Solo permiten comunicación semidúplex Constituyen un único dominio de colisión Constituyen un único dominio de difusión

4 DOMINIO DE COLISION Espacio en el que las tramas pueden colisionar con otras. Por ejemplo, un segmento 10Base5 o 5 segmentos 10Base5 unidos mediante repetidores Cuanto mayor el dominio de colisión, la eficiencia de la red disminuye

5 DOMINIO DE DIFUSION Espacio en el que la transmisión de una trama es accesible a los equipos conectados. Por ejemplo, un segmento 10Base5 o 5 segmentos 10Base5 unidos mediante 4 repetidores.

6 PUENTES (BRIDGES) Dispositivos L2 multipuerto Permite la conexión de 2 o mas LAN no necesariamente iguales. Cada puerto constituye un dominio de colisión.

7 PUENTES (BRIDGES) Una trama entrante es analizada y solo de ser necesario se transmite por una de sus interfaces de salida Las tramas dirigidas a equipos dentro de la misma LAN no se retransmiten

8 PUENTES (BRIDGES) Los puentes aprenden la topología de la red utilizando la inundación

9 PUENTES (BRIDGES) A B C PUERTO 1 PUERTO 2 NODO PUERTO A 1 B 1 C 1 X 2 Y 2 Z 2 X Y Z

10 PUENTES (BRIDGES)

11 Dispositivo L2 Como los puentes, cada puerto es un dominio de colisión Permiten comunicación duplex La comunicación entre equipos puede realizarse simultáneamente mientras no exista colisión por puertos de salida SWITCHES

12 SWITCHES

13 FUNCIONAMIENTO DE UN SWITCH Analiza una trama entrante (dirección MAC) y re direcciona la misma únicamente a la salida correspondiente Requiere de tablas de conmutación (enrutamiento) para determinar la interfaz de salida correspondiente a cada equipo en la red. A diferencia de los enrutadores, se enruta en función de una dirección de host, mientras que los routers enrutan en función de una dirección de red.

14 SWITCHES

15 SWITCHES Aprendizaje MAC Address Table A B Fe0 Fe1 C Fe2 Fe3 D A le envía a B información

16 SWITCHES Inundación A MAC Address Table Fe0 : 000c01abcd00 B Fe0 Fe1 C Fe2 Fe3 D Registro de la MAC A en la tabla y flooding para la MAC destino

17 SWITCHES Filtrado de tramas MAC Address Table A Fe0 : 000c01abcd00 Fe3 : 000c01abcd01 B Fe0 Fe1 C Fe2 Fe3 D Registro de la MAC D en la tabla y Frame filtering para la MAC A destino, que se encuentra en la tabla.

18 MODOS DE CONMUTACION Cut-through. Se recibe y examina solo los primeros 6 bytes de una trama (dirección MAC) Presenta la menor latencia Susceptible a transmitir tramas dañadas, runts y fragmentos resultantes de colisiones

19 MODOS DE CONMUTACION Fragment-free Recibe y examina los primeros 64 bytes de una trama La detección de una colisión ocurre dentro de los primeros 64 bytes de una trama Susceptible a transmitir tramas dañadas

20 MODOS DE CONMUTACION Store-and-forward Se recibe y examina toda la trama Es el tipo de conmutación mas fiable Las tramas dañadas no se retransmiten

21 TECNOLOGIA DE SWITCHS La transmisión de una trama, de un puerto a otro en un switch se realiza a traves del switch fabric El switch fabric es el conjunto de canales de comunicacion utilizados para transportar tramas a través del switch

22 ARQUITECTURA DE SWITCH Bus compartido Todos los módulos de línea comparten un bus Un arbitro central determina como y cuando se admite una solicitud desde un puerto La velocidad del bus determina la capacidad de manejo de tráfico del switch FABRIC

23 FLUJO DE TRAMAS- BUS COMPARTIDO

24 ARQUITECTURA DE SWITCH Barra cruzada FABRIC Existen múltiples canales de datos entre los módulos de línea Se considera no-bloqueante pues siempre es posible establecer un camino desde un puerto a otro. Limitado por contención de puerto de salida Para una barra de NxN se necesitan N 2 crosspoints

25 ARQUITECTURA DE SWITCH Barra cruzadabloqueante FABRIC Se admiten soluciones bloqueantes para reducir la complejidad de las conexiones Se utilizan redes Omega, Banyan, Delta o Benes

26 ARQUITECTURA DE SWITCH Barra cruzadano bloqueante Basado en redes CLOS FABRIC

27 ARQUITECTURA DE SWITCH FABRIC Switch fabric con memoria compartida Utiliza un TDM n:1 de alta velocidad con una tasa de bits n veces mayor a la tasa de cada línea No requiere de elementos de conmutación

28 TECNICAS PARA INCREMENTAR LA PERFORMANCE Buffering. Con el uso de buffers se elimina la contención por puertos de salida Recirculación del tráfico. Si una trama no se entrega a un puerto, esta puede recircular a fin de competir en una siguiente oportunidad Redes de switchs de plano paralelo. Utiliza planos paralelos de switch fabrics para procesar ranuras de una trama en paralelo.

29 BUFFERING Las tramas pueden sufrir retrasos si ocurre congestionamiento en el switch fabric. Para evitar descartar tramas se utiliza buffering de datos, que además permite: Manejar diferencias de velocidad entre puertos Transferencias desde múltiples puertos a un único puerto de salida Se puede utilizar Buffering por puerto Buffering en memoria compartida

30 BUFFERING Buffering por puerto Los puertos de salida tienen buffers mas grandes que los de entrada Si un buffer se llena, las tramas se descartan

31 Buffering en memoria compartida Los marcos entrantes son almacenados en la memoria compartida hasta que los puertos de salida estén disponibles La asignación de buffers se realiza dinámicamente de acuerdo a la demanda de cada puerto BUFFERING

32 STACKING Un bus dedicado de alta velocidad que conecta switches en un único closet de comunicación Los cables de stacking son de solo metros Los puertos de stacking pueden transmitir a tasas del orden de los Gbps Los switches conectados en stack se constituyen en un único punto de administración

33 STACKING Bajo costo y alta performance Dirección IP de administración única Escalable Aplicable a un solo closet de cableado No se garantiza compatibilidad con sistemas anteriores Numero limitado de switchs por stack

34 ALGUNAS FORMULAS Cual es la capacidad de switch fabric necesaria para un switch de 48 puertos de 1Gbps para que este sea no bloqueante? 48 x 1Gbps x 2(duplex) = 96Gbps Y si el sistema tiene 2 puertos stack duplex de 40Gbps cada uno? 40Gbps x 2(duplex)= 80Gbps 80Gbps x 2 puertos = 160Gbps 160Gbps x 8 switches = 1280Gbps La capacidad de switch fabric para todo el stack 96Gbps x 8 switches = 768Gbps

35 CONMUTACION EN CAPA 2 Uso de puentes Integracion de LANs de tecnologías diferentes Interconexión de redes dispersas dentro de un campus División de la red para incrementar la eficiencia de la red Ampliación del área de cobertura de una red Incremento de la confiabilidad de la red al reducir el espacio de colisiones Incremento de la seguridad en la red al restringir el espacio de difusión

36 CONMUTACION EN CAPA 2 Y X Z C B A

37 CONMUTACION EN CAPA 2

38 CONMUTACION EN CAPA 2

39 CONMUTACION EN CAPA 2

40 CONMUTACION EN CAPA 2

41 CONMUTACION EN CAPA 2

42 CONMUTACION EN CAPA 2

43 CONMUTACION EN CAPA 2

44 SPANNING TREE PROTOCOL Necesidad de una infraestructura redundante Pueden aparecer ciclos en la topología de la red Se debe eliminar los ciclos para la transmisión de tramas Para este fin se utiliza el algoritmo STP

45 STP

46 STP

47 STP Posibles árboles de expansión para la red mostrada

48 ALGORITMO SPANNING TREE Problema: loops o ciclos Los swithes ejecutan un algoritmo de spanning tree distribuido Selecciona qué switches harán reenvíos (forward) y cuáles no El creador de STP (Spanning-Tree Protocol) fue Digital Equipment Corporation (DEC), que fue comprada por Compaq y, luego, Compaq fue comprada por Hewlett Packard. Especificación IEEE 802.1d C E G S2 A I S3 S6 D S1 S5 S4 S7 F H J B K

49 DESCRIPCION DEL ALGORITMO Cada switch tiene un identificador único (S1, S2, S3) Selecciona el switch con el ID más pequeño como root Selecciona el switch sobre cada LAN más cercano al root como switch designado (el ID desempata ) STP desactiva los enlaces redundantes, rompiendo los ciclos que tenga la red Cada switch reenvía frames sobre la LAN para la cual él es el switch designado. Los puertos que se comunican con el root reciben el nombre de puertos designados C Puerto designado E G A S2 I S3 Root port Todos los Puertos designados S6 D S1 Switch root S5 Puertos designados Root port Root port Root port S4 S7 F H J Puertos designados B K Puerto designado

50 DETALLES DEL ALGORITMO Los switches intercambian mensajes de configuración (llamados BPDUs: Bridge Protocol Data Units) ID del switch que envía el mensaje ID del switch root (identificación del switch que se supone es el root) Distancia (en hops) desde el switch que envía al root Cada switch registra el mejor mensaje de configuración para cada puerto Inicialmente, cada switch asume que él es el root Cuando aprende que no es el root, detiene la generación de mensajes de configuración cuando el algoritmo se estabiliza, sólo el root genera mensajes de configuración

51 DETALLES DEL ALGORITMO Cuando aprende que no es un switch designado, detiene el reenvío de mensajes de configuración cuando el algoritmo se estabiliza, sólo los switches designados reenvían mensajes de configuración El root continúa enviando periódicamente mensajes de configuración Si un switch no recibe mensajes de configuración después de cierto periodo de tiempo, él comienza a generar mensajes de configuración reclamando ser el root Convergencia: la convergencia del algoritmo se logra cuando todos los switches tienen sus puertos o en estado forwarding o en blocking (es decir cuando el algoritmo STP se ha estabilizado). El problema con lograr la convergencia es el tiempo: puede tomar entre 30 a 50 segundos en condiciones normales y mientras los puertos logran estabilizarse NO SE TRANSMITEN DATOS.

52 CAMPOS DEL BPDU Forward delay Hello time Max age Massege age Por ID Switch ID Root path cost Root ID Flags Tipo de BPDU Versión Protocol identifier Protocol identifier (2 bytes): contiene el valor 0 Protocol version identifier (1 byte): contiene el valor 0 BPDU type (1 byte): = Configuración, = Topology change notification (si es este último, aquí termina el BPDU pues no habrá más campos) Flags (1 byte): Sólo se utilizan dos bits. Bit 1 es Topology Change flag (TC) e indica un cambio de topología y el Bit 8 es Topology Change Acknowledgement flag (TCA) y se activa para confirmar que se recibió un mensaje con un bit TC. Root identifier (8 bytes): Identifica el root switch mostrando 2 bytes de la prioridad seguidos por 6 bytes de la MAC address Root path cost (4 bytes): unidades de costo arbitrarias del path desde esl switch que envía el BPDU hasta el root switch Bridge identifier (8 bytes) : Identifica el switch que envía el BPDU mostrando 2 bytes la prioridad y 6 bytes la MAC address Port identifier (2 bytes): Identifica desde qué puerto fue enviado el BPDU. Tiene dos partes, el primer byte es la prioridad del puerto y el segundo byte es el identificador del puerto. Entre más pequeño el número de la priorida, más alta es ésta. Message age (2 bytes): Especifica la cantidad de tiempo desde que el root envió el mensaje de configuración sobre el cuál se basa éste BPDU. Representa un número binario sin signo multiplicado por 1/256 de segundo. Por ejemplo, 0x0100 (256) representa un segundo. Max age (2 bytes):muestra cuando éste BPDU debe ser descartado. Está en 1/256 de segundo, al igual que Message age. Hello time (2 bytes) : Indica el periodo tiempo entre mensajes de configuración del root switch. En 1/256 de segundo) Forward delay (2 bytes) : Indica cuánto tiempo deben esperar los switches antes de cambiar a un nuevo estado después de un cambio de topología (si un switch cambia demasiado pronto pueden presentarse loops)

53 SELECCIÓN DEL PUERTO DESIGNADO Para determinar el puerto o puertos que se utilizarán para comunicarse con el root se debe calcular el costo de la trayectoría (path) El costo STP es el costo total acumulado del path calculado según el ancho de banda de los enlaces. Costos en IEEE 802.1d Ancho de banda Costo 10Gbps 2 1Gbps 4 100Mbps 19 10Mbps 100

54 ESTADOS DE LOS PUERTOS DE UN SWITCH EN STP Los puertos de un switch, cuando ejecutan STP, pueden estar en uno de cuatro estados: Blocking: No envían frames; escuchan los BPDUs. Todos los puertos están en este estado cuando el switch es encendido. Listening: Escucha los BPDUs para garantizar que no hay loops antes de enviar frames Learning: Aprende direcciones MAC y construye la tabla de forwarding pero no envía frames Forwarding: Envía y recibe frames a través del puerto Generalmente los puertos estarán en estado Blocking o Forwarding Los puertos se bloquean para evitar loops. Un puerto en estado blocking aún sigue recibiendo BPDUs. Cuando haya un cambio en la topología (se agrega un nuevo switch o falla un enlace) los puertos pasarán a los estados de learning y/o forwarding.

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