Dispositivos de interconexión de redes ethernet
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Este documento presenta un resumen de tres dispositivos de interconexión en redes Ethernet: switch, hub y router. Describe sus funciones principales, tipos, marcas y ventajas y desventajas. El switch dirige el tráfico de red hacia el puerto de destino correcto, el hub repite señales a todos los puertos causando colisiones, y el router enruta paquetes entre redes usando protocolos de enrutamiento.
Dispositivos de interconexión de redes ethernet
- 1. Dirección General de Educación Superior Tecnológica INSTITUTO TECNOLÓGICO DE SALINA CRUZ TEMA: Dispositivos de Interconexión en las Redes Ethernet FACILITADORA: M.C. Susana Mónica Román Nájera NOMBRE DE LA ALUMNA: María Del Rocío Vásquez Ruiz SEMESTRE: V GRUPO: E CARRERA: Ingeniería en Tecnologías de la Información y de las Comunicaciones SALINA CRUZ, OAXACA A 10 DE DICIEMBRE DEL 2013.
- 2. Contenido Switch ....................................................................................................................................................... 3 Descripción ........................................................................................................................................... 3 Tipos ..................................................................................................................................................... 4 Marcas .................................................................................................................................................. 5 ¿Donde se utiliza? ................................................................................................................................ 5 Ventajas y Desventajas......................................................................................................................... 5 Hub ........................................................................................................................................................... 6 Descripción ........................................................................................................................................... 6 Tipos ..................................................................................................................................................... 7 Marcas .................................................................................................................................................. 8 ¿Donde se Utiliza? ................................................................................................................................ 8 Ventajas y Desventajas......................................................................................................................... 9 Router..................................................................................................................................................... 10 Descripción ......................................................................................................................................... 10 Tipos ................................................................................................................................................... 11 Marcas ................................................................................................................................................ 12 ¿Dónde se Utiliza? .............................................................................................................................. 12 Ventajas y Desventajas....................................................................................................................... 13 2
- 3. Dispositivos de Interconexión en las Redes Ethernet Switch Descripción Un switch o conmutador es un dispositivo de propósito especial diseñado para resolver problemas de rendimiento de la red, problemas de congestión y embotellamientos. Opera generalmente en la capa 2 del modelo OSI (también existen de capa 3 y últimamente multicapas). Los conmutadores funcionan de forma similar a los hubs, pero pueden identificar el destino deseado de la información que reciben, por lo que la envían únicamente a los equipos que deben recibirla. Los conmutadores pueden enviar y recibir información de forma simultánea y, por lo tanto, son más rápidos que los concentradores. Si la red doméstica tiene cuatro o más equipos o si desea usar la red para actividades que requieren la transferencia de una gran cantidad de información entre los equipos (como utilizar juegos en red o compartir música), probablemente tendrá que usar un conmutador en lugar de un concentrador. Los conmutadores cuestan un poco más que los concentradores. 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. 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. 3
- 4. Tipos Método de direccionamiento de las tramas utilizadas: - 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 conmutador calcula el CRC* y mide el tamaño de la misma. Si el CRC falla, o el tamaño es muy pequeño o muy grande 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 añade demora al procesamiento. - Cut-Through: Fueron diseñados para reducir esta latencia. Esos 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 es que no detecta tramas corruptas causadas por colisiones, ni errores de CRC. Existe un segundo tipo de conmutador cut-through, denominado fragment free, fue proyectado para eliminar este problema. Lee los primeros 64 bytes de cada trama, asegurando que tenga el tamaño mínimo, y evitando el encaminamiento de colisiones por la red. - Adaptative Cut-Through: Estos soportan tanto store-and-forward como cut-through. Cualquiera de los modos puede ser activado por el administrador de la red, o el mismo conmutador, basado en el número de tramas con error que pasan por los puertos. Forma de segmentación de las sub-redes: - Switches de Capa 2: Son los tradicionales, que funcionan como puentes multi-puertos. Su principal finalidad es dividir una LAN en múltiples dominios de colisión. 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 subredes. - Switches de Capa 3: Además de las funciones tradicionales de la capa 2, incorporan algunas funciones de enrutamiento, soportan también la definición de redes virtuales VLAN's sin utilizar un router externo. 4
- 5. - Switches de Capa 4: 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. Marcas Cada fabricante tiene su diseño propio para posibilitar la identificación correcta de los flujos de datos. Entre las marcas más conocidas están: Ipsilon, Cabletron, 3Com, DLink, Cisco, Encore, Netgear, Linksys. ¿Donde se utiliza? 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. Los conmutadores cut-through son más utilizados en pequeños grupos de trabajo y pequeños departamentos. Los conmutadores store-and-forward son utilizados en redes corporativas, donde es necesario un control de errores. Los conmutadores 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. Ventajas y Desventajas. Ventajas: - Agregar mayor ancho de banda. - Acelerar la salida de tramas. - Reducir tiempo de espera. - El conmutador es siempre local. Desventajas: - No consiguen, filtrar difusiones o broadcasts, multicasts ni tramas cuyo destino aún no haya sido incluido en la tabla de direccionamiento. 5
- 6. - Para una conexión a internet si el ISP solo nos brinda 1 IP pública, solo una maquina tendría internet. - Muchos conmutadores existentes en el mercado no son configurables. Hub Descripción Un hub o concentrador es un dispositivo que permite centralizar el cableado de una red y poder ampliarla. Esto significa que recibe una señal y repite esta señal emitiéndola por sus diferentes puertos. Los concentradores no logran dirigir el tráfico que llega a través de ellos, y cualquier paquete de entrada es transmitido a otro puerto (que no sea el puerto de entrada).Dado que cada paquete está siendo enviado a través de cualquier otro puerto, aparecen las colisiones de paquetes como resultado, que impiden en gran medida la fluidez del tráfico. Cuando dos dispositivos intentan comunicar simultáneamente, ocurrirá una colisión* entre los paquetes transmitidos, que los dispositivos transmisores detectan. Al detectar esta colisión, los dispositivos dejan de transmitir y hacen una pausa antes de volver a enviar los paquetes. Dentro del modelo OSI el concentrador opera a nivel de la capa física (Capa 2), al igual que los repetidores, y puede ser implementado utilizando únicamente tecnología analógica. Simplemente une conexiones y no altera las tramas que le llegan. Los concentradores permiten que los equipos de una red puedan comunicarse. Cada equipo se conecta al concentrador con un cable Ethernet y la información que se envía de un equipo a otro pasa a través del concentrador. Un concentrador no puede identificar el origen o el destino deseado de la información que recibe, de modo que la envía a todos los equipos conectados a él, incluido el que envió la información. Un concentrador puede enviar y recibir información, pero no puede hacer ambas cosas al mismo tiempo. Esto hace que sean más lentos que los conmutadores. Los concentradores son los dispositivos menos complejos y más económicos. 6
- 7. Tipos Pasivo: Solo repiten la señal en la red. No necesita energía eléctrica. Activo: Regeneran y amplifican la señal. Necesita alimentación. Inteligente: También llamados smart hubs, incluyen microprocesador. Hacen lo que los activos pero además pueden ser administrados. Un administrador de red puede monitorear cada puerto e incluso obtener información estadística acerca de ello, tienen mejores funciones de direccionamiento. Todos los concentradores actuales son inteligentes. MAU (Multistation Acess Unit): Básicamente hacen lo mismo pero internamente trabajan diferente. Las MAUs se diferencian de los hubs Ethernet porque las primeras repiten la señal de datos únicamente a la siguiente estación en el anillo y no a todos los nodos conectados a ella como hace un hub Ethernet. Las MAUs pasivas no tienen inteligencia, son simplemente retransmisores. Las MAUs activas no sólo repiten la señal, además la amplifican y regeneran. Las MAUs inteligentes detectan errores y activan procedimientos para recuperarse de ellos. 7
- 8. Solos: Son simplemente una caja con conexiones, normalmente se adhieren a una pared desde donde trabajan, son normales en las conexiones de las oficinas pequeñas y hogares donde no se necesita ampliarse, donde el promedio de usuarios es de 12. Apilables: Son montables uno sobre el otro, y se conectan uno con otro por medio de un cable. Al apilarse uno sobre el otro son casi modulares y evitan a las empresas invertir en los chasis que involucra un concentrador modular. Modulares: Consisten en una serie de tarjetas que se conectan de un chasis, de ahí mismo se interconectan y forman parte de la red. Estas constituyen el punto más alto de manejo y capacidad de conexiones, así que solo se les vé en conexiones verdaderamente industriales o centrales telefónicas. Marcas Cada fabricante tiene su diseño propio para posibilitar la identificación correcta de los flujos de datos. Entre las marcas más conocidas están: Ipsilon, Cabletron, 3Com, DLink, Cisco, Encore. ¿Donde se Utiliza? Debido al gran crecimiento de las redes en cuanto a velocidad está dejando de utilizarse, sin embargo es bastante útil en redes pequeñas de pocas computadoras o como terminador de redes más grandes ya que en estos casos no afectan a la misma, pero su utilización se debe realizar con extremo cuidado ya que podemos crear cuellos de botellas y por lo tanto dejar a una red totalmente inoperable. Los concentradores tipo Solo son normales en las conexiones de las oficinas pequeñas y hogares donde no se necesita ampliarse, donde el promedio de usuarios es de 12. Los concentradores tipo Modular se utilizan en conexiones verdaderamente industriales o centrales telefónicas. La conexión de un analizador de protocolos con un concentrador permite ver todo el tráfico en el segmento. Un concentrador hace que los clúster o grupos de computadoras reciban cada uno todo el tráfico. 8
- 9. Ventajas y Desventajas Ventajas: - El precio es barato por ser un dispositivo simple. - Permite aislar a un usuario que tenga problemas en el cable de conexión, evitando que los demás usuarios sufran contratiempos. - Tiene la capacidad de gestión, supervisión y control remoto, prolongando el funcionamiento de la red gracias a la aceleración del diagnostico y solución de problemas. - El basado en arquitectura RISC elimina la saturación de tráfico de los actuales productos de segunda generación. Desventajas: - El tráfico añadido genera más probabilidades de colisión. - A medida que añadimos ordenadores a la red también aumentan las probabilidades de colisión. - Un concentrador funciona a la velocidad del dispositivo más lento de la red. - El concentrador no tiene capacidad de almacenar nada, por lo tanto, en caso de falla es posible que se pierda el mensaje. - Añade retardos derivados de la transmisión del paquete a todos los equipos de la red (incluyendo los que no son destinatarios del mismo). 9
- 10. Router Descripción Un enrutador es un dispositivo de red que puede ser tanto Hardware como Software. Nos sirve para la interconexión de redes y opera en la capa 3 del modelo OSI. Mediante estos podemos encaminar un paquete mediante el camino más corto a su destino, o guiar a un paquete a su destino. Un router es capaz de asignar diferentes preferencias a los mensajes que fluyen por la red y buscar soluciones alternativas cuando un camino está muy cargado. Los enrutadores permiten que los equipos se comuniquen y puedan pasar información de una red a otra, como por ejemplo, de la red doméstica a Internet. Esta capacidad de dirigir el tráfico de una red es lo que da nombre al dispositivo. Los enrutadores pueden ser inalámbricos o usar cables Ethernet. Si sólo desea conectar los equipos, los concentradores y conmutadores serán suficientes; sin embargo, si quiere que todos los equipos tengan acceso a Internet a través de un solo módem, deberá usar un enrutador o un módem con un enrutador integrado. Por lo general, los enrutadores proporcionan seguridad integrada, como por ejemplo, un firewall. Son más caros que los concentradores y los conmutadores. 10
- 11. En los routers de tipo hardware se utilizan protocolos de enrutamiento los cuales ayudan que los enrutadores se comuniquen entre si y de esta manera determinar la ruta que el paquete debe tomar, de ahí viene su nombre de enrutador, ya que su principal misión es determinar o dar la ruta a seguir a los paquetes que estén circulando por una red. Este enrutamiento lo hace gestionando las rutas mediante nodos, lo cual puede ser de forma dinámica según el protocolo usado (RIP v1 y v2, OSPF v1, v2 y v3, IGRP,EIGRP y BGP v4) y de esta forma obtener resultados en muchos casos óptimos y en algunos no tan óptimos, también pueden ser de forma estática en el cual se les da el camino por defecto a seguir lo cual hará que solo indiquen al paquete que ruta tomar, lo cual en caso de falla de un nodo podría causar que los paquetes no lleguen a su destino o tal vez tomen un camino muy largo. Los enrutadores actualmente y de manera muy común se utilizan como puertas de acceso a internet (enrutadores ADSL) donde se estaría uniendo a 2 redes: una de área local y el internet; pero el problema de estos routers es que son más pequeños y no tienen reglas ni normativas de seguridad. Estos routers antiguamente eran únicamente micro controladores y transistores programados, actualmente los enrutadores cuentan con memorias flash internas las cuales llevan un firmware y un sistema muy pequeño lo cual hace que puedan ser administrables, aportando normas y reglas de seguridad, además de poder llevar un mejor manejo y control de los paquetes. Tipos En función del área: - Locales: Sirven para interconectar dos redes por conexión directa de los medios físicos de ambas al router. - De área extensa: Enlazan redes distantes. En función de la forma de actualizar las tablas de encaminamiento (routing): - Estáticos: Requiere que un administrador defina y configure manualmente las tablas de ruteo. 11
- 12. - Dinámicos: Descubre las rutas y actualiza las tablas de manera automática y requieren configuración mínima. En función de los protocolos que soportan: - IPX - TCP/IP - DECnet - AppleTalk - XNS - OSI - X.25 En función del protocolo de encaminamiento que utilicen: - Routing Information Protocol (RIP): Permite comunicar diferentes sistemas de la misma red lógica. Tienen tablas de encaminamiento dinámicas. Las tablas contienen por dónde ir hacia los diferentes destinos y el número de saltos que se tienen que realizar. Esta técnica permite 14 saltos como máximo. - Exterior Gateway Protocol (EGP): Permite conectar dos sistemas autónomos que intercambien mensajes de actualización. Se sondea entre los diferentes routers para encontrar el destino. Sólo se utiliza para establecer un camino origen-destino. - Open Shortest Path First Routing (OSPF): Está diseñado para minimizar el tráfico de encaminamiento, permitiendo una total autentificación de los mensajes que se envían. - IS-IS: Encaminamiento OSI según las normativas: ISO 9575, ISO 9542 e ISO10589. Marcas Las principales marcas en desarrollo de routers son: Cisco/Linksys, NetGear, D-link, Juniper Networks, 3com, Alcatel/Thompson, Belkin, Conceptronic, SMC, USRobotics, Xavi/Amper, Zyxel. ¿Dónde se Utiliza? Los routers pueden encontrarse dentro de las empresas (como empresas de internet y proveedores ISP), otros enrutadores de uso más liviano como conectar a una red a un servicio 12
- 13. de banda ancha como ADSL o brindar conectividad a una empresa a través de una VPN segura. Pueden encontrarse también en las casas u oficinas. 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. Enrutadores de acceso, se encuentran en sitios de clientes como de sucursales que no necesitan de enrutamiento jerárquico de los propios. Normalmente, son optimizados para un bajo coste. 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. 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. Ventajas y Desventajas Ventajas: - Seguridad. Permiten el aislamiento de tráfico, y los mecanismos de encaminamiento facilitan el proceso de localización de fallos en la red. - Flexibilidad. Las redes interconectadas con router no están limitadas en su topología, siendo estas redes de mayor extensión y más complejas que las redes enlazadas con bridge. - Soporte de Protocolos. Son dependientes de los protocolos utilizados, aprovechando de una forma eficiente la información de cabecera de los paquetes de red. - Relación Precio / Eficiencia. El coste es superior al de otros dispositivos, entérminos de precio de compra, pero no en términos de explotación y mantenimiento para redes de una complejidad mayor. 13
- 14. - Control de Flujo y Encaminamiento. Utilizan algoritmos de encaminamiento adaptativos (RIP, OSPF, etc), que gestionan la congestión del tráfico con un control de flujo que redirige hacia rutas alternativas menos congestionadas. Desventajas: - Lentitud de proceso de paquetes respecto a los bridges. - Necesidad de gestionar el sub direccionamiento en el Nivel de Enlace. - Precio superior a los bridges. 14