viernes, 21 de mayo de 2010

CL-06 CONMUTACION, DOMINIOS DE COLISION Y BROADCAST

TEMAS:
1. Conmutación

a. Puenteo de capa 2
b. Conmutación de capa 2
c. Operación de switches
d. Latencia

e. Modos de conmutación
2. Dominios de colision
a. Entorno de medios compartidos
b. Dominios de colision

c. Segmentación

3. Dominios de broadcast
a. Broadcast de capa 2

b. Dominios de broadcast

OBJETIVOS:


GENERAL


• Entender el proceso de conmutación en ethernet


ESPECIFICOS.


• Entender el proceso de puenteo en capa 2

• Entender el proceso de conmutación en capa 2
• Entender los diferentes modos de conmutación
• Conocer y entender los dominios de colisión y de broadcast


Puenteo de capa 2


Ethernet es un medio compartido, lo que significa que sólo un nodo puede transmitir datos a la vez. Al agregar más nodos, se aumenta la demanda sobre el ancho de banda disponible y se impone una carga adicional sobre los medios. Cuando aumenta el número de nodos en un solo segmento, aumenta la probabilidad de que haya colisiones, y esto causa más retransmisiones. Una solución al problema es dividir un segmento grande en partes más pequeñas y separarlo en dominios de colisión aislados.





Para lograr esto, un puente guarda una tabla de direcciones MAC y sus puertos asociados. El puente luego envía o descarta tramas basándose en las entradas de su tabla.

Conmutación de capa 2


Un switch es básicamente un puente rápido multipuerto, más de dos puertos. Cada puerto crea su propio dominio de colisión. En una red de veinte hosts, existen veinte dominios de colisión si cada nodo está conectado a su propio puerto de switch.






Cada PC conectado a un puerto del switch es un dominio de colisión único, existen aquí 4 dominios de colisión.


Operación de switches


Un switch es un puente con muchos puertos. Cuando sólo un nodo está conectado a un puerto de switch, el dominio de colisión en el medio compartido contiene sólo dos nodos. Los dos nodos en este segmento pequeño, o dominio de colisión, constan del puerto de switch y el host conectado a él. Otra ventaja surge cuando sólo dos nodos se conectan. En una red que utiliza cableado de par trenzado, un par se usa para llevar la señal transmitida de un nodo al otro. Un par diferente se usa para la señal de retorno. Es posible que las señales pasen a través de ambos pares de forma simultánea. La capacidad de comunicación en ambas direcciones al mismo tiempo se conoce como full duplex. La mayoría de los switch son capaces de admitir full duplex, como también lo son las tarjetas de interfaz de red (NIC) En el modo full duplex, un dominio de colisión ya no existe. En teoría, el ancho de banda se duplica cuando se usa full duplex.
Un switch tiene una memoria llamada CAM (Content Addressable Memory), en donde se almacenan los datos de direcciones MAC y los puertos asociados.



Latencia

La latencia es el retardo que se produce entre el tiempo en que una trama comienza a dejar el dispositivo origen y el tiempo en que la primera parte de la trama llega a su destino. Existe una gran variedad de condiciones que pueden causar retardos mientras la trama viaja desde su origen a su destino:


  • Retardos de los medios causados por la velocidad limitada a la que las señales pueden viajar por los medios físicos.
  • Retardos de circuito causados por los sistemas electrónicos que procesan la señal a lo largo de la ruta.
  • Retardos de software causados por las decisiones que el software debe tomar para implementar la conmutación y los protocolos.
  • Retardos causados por el contenido de la trama y en qué parte de la trama se pueden tomar las decisiones de conmutación. Por ejemplo, un dispositivo no puede enrutar una trama a su destino hasta que la dirección MAC destino haya sido leída.

Modos de conmutación

Existen 3 métodos de conmutación, es decir 3 formas en las que un puerto de un switch entrega las tramas al puerto destino.
Estos son:

Modo de corte: Un switch puede comenzar a transferir la trama tan pronto como recibe la dirección MAC destino. La conmutación en este punto se llama conmutación por el método de corte y da como resultado una latencia más baja en el switch. Sin embargo, no se puede verificar la existencia de errores.


Almacenamiento y envio: el switch puede recibir toda la trama antes de enviarla al puerto destino. Esto le da al software del switch la posibilidad de controlar la secuencia de verificación de trama (Frame Check Sequence, FCS) para asegurar que la trama se haya recibido de modo confiable antes de enviarla al destino. Si se descubre que la trama es inválida, se descarta en este switch en vez de hacerlo en el destino final. Ya que toda la trama se almacena antes de ser enviada.


Libre de fragmentos: en este modo se reciben los primeros 64 bytes, que incluye el encabezado de la trama, y la conmutación comienza antes de que se lea todo el campo de datos y la checksum. Este modo verifica la confiabilidad de direccionamiento y la información del protocolo de control de enlace lógico (Logical Link Control, LLC) para asegurar que el destino y manejo de los datos sean correctos.





Entorno de medios compartidos


Un entorno de medio compartido es donde todos los host comparten el medio en donde están conectados y los dispositivos de capa 1.

Ejemplos de entorno de medios compartidos:

Medios compartidos: Ocurre cuando varios hosts tienen acceso al mismo medio. Por ejemplo, si varios PC se encuentran conectados al mismo cable físico, entonces se dice que comparten el mismo entorno de medios.

Entorno extendido de medios compartidos: Es un tipo especial de entorno de medios compartidos en el que los dispositivos de networking pueden ampliar el entorno de modo que pueda incluir accesos múltiples o distancias mayores de cableado.


Entorno de red punto a punto: Se usa mucho en las conexiones de red de servicio de acceso telefónico y es la más común para el usuario hogareño. Se trata de un entorno de networking compartido en el que un dispositivo se conecta a un dispositivo solamente, como por ejemplo un computador al proveedor de servicios de Internet por cable módem y línea telefónica.






Dominios de colisión


Los dominios de colisión son los segmentos de red física conectados, donde pueden ocurrir colisiones, normalmente en un entorno de medios compartidos. Las colisiones causan que la red sea ineficiente. Cada vez que ocurre una colisión en la red, se detienen todas las transmisiones por un período de tiempo. La duración de este período sin transmisión varía y depende de un algoritmo de postergación para cada dispositivo de la red. Los tipos de dispositivos que interconectan los segmentos de medios definen los dominios de colisión.

  • Dispositivos de Capa 1: no dividen los dominios de colisión.
  • Los dispositivos de Capa 2 y 3: dividen dominios de colisión. Esta división o aumento del número de dominios de colisión con los dispositivos de Capa 2 y 3 se conoce también como segmentación
Los dispositivos de Capa 1, tales como los repetidores y hubs, tienen la función primaria de extender los segmentos de cable de Ethernet Al extender la red se pueden agregar más hosts, Sin embargo, cada host que se agrega aumenta la cantidad de tráfico potencial en la red. Como los dispositivos de Capa 1 transmiten todo lo que se envía en los medios, cuanto mayor sea el tráfico transmitido en un dominio de colisión, mayor serán las posibilidades de colisión. El resultado final es el deterioro del rendimiento de la red, que será mayor si todos los computadores en esa red exigen anchos de banda elevados. La regla de los cuatro repetidores en Ethernet establece que no puede haber más de cuatro repetidores o hubs repetidores entre dos computadores en la red. La regla 5-4-3-2-1 requiere que se cumpla con las siguientes pautas:

  • Cinco segmentos de medios de red.
  • Cuatro repetidores o hubs
  • Maximo tres de los segmentos pueden tener host conectados.
  • Dos segmentos no deben tener hosts conectados. Estos segmentos deben ser solo de enlace.
  • Esto forma un dominio de colisión grande



Segmentación


Conectar varios computadores a un solo medio de acceso compartido que no tiene ningún otro dispositivo de networking conectado, crea un dominio de colisión. Esta situación limita el número de computadores que pueden utilizar el medio, también llamado segmento. Los dispositivos de Capa 1 amplían pero no controlan los dominios de colisión.

Los dispositivos de Capa 2 dividen o segmentan los dominios de colisión. El control de propagación de trama con la dirección MAC asignada a todos los dispositivos de Ethernet ejecuta esta función. Los dispositivos de Capa 2, los puentes y switches, hacen un seguimiento de las direcciones MAC y el segmento en el que se encuentran. Al hacer esto, estos dispositivos pueden controlar el flujo de tráfico en el nivel de Capa 2. Esta función hace que las redes sean más eficientes, al permitir que los datos se transmitan por diferentes segmentos de la LAN al mismo tiempo sin que las tramas colisionen. Al usar puentes y switches, el dominio de colisión se divide efectivamente en partes más pequeñas, que se transforman a su vez en un dominio de colisión.




Un dominio de colisión. Medio compartido




Un dominio de colisión. Medio compartido extendido



4 dominios de colisión




9 dominios de colisión

Los dispositivos de Capa 3, al igual que los de Capa 2, no envían las colisiones. Es por eso que usar dispositivos de Capa 3 en una red produce el efecto de dividir los dominios de colisión en dominios menores.

Broadcast de capa 2


Para comunicarse con todos los dominios de colisión, los protocolos utilizan tramas de broadcast y multicast a nivel de Capa 2 en el modelo OSI. Cuando un nodo necesita comunicarse con todos los hosts de la red, envía una trama de broadcast con una dirección MAC destino FFFFFFFFFFFF. Esta es una dirección a la cual debe responder la tarjeta de interfaz de la red (NIC) de cada host. Los dispositivos de Capa 2 deben transmitir todo el tráfico de broadcast y multicast. La acumulación de tráfico de broadcast y multicast de cada dispositivo de la red se denomina radiación de broadcast.

En algunos casos, la circulación de radiación de broadcast puede saturar la red, entonces no hay ancho de banda disponible para los datos de las aplicaciones. En este caso, no se pueden establecer las conexiones en la red, y las conexiones existentes pueden descartarse, algo que se conoce como tormenta de broadcast. La probabilidad de las tormentas de broadcast aumenta a medida que crece la red conmutada


Dominios de broadcast


Un dominio de broadcast es un grupo de dominios de colisión conectados por dos dispositivos de Capa 2. Dividir una LAN en varios dominios de colisión aumenta la posibilidad de que cada host de la red tenga acceso a los medios. Efectivamente, esto reduce la posibilidad de colisiones y aumenta el ancho de banda disponible para cada host. Pero los dispositivos de Capa 2 envían broadcasts, y si son excesivos, pueden reducir la eficiencia de toda la LAN. Los broadcasts deben controlarse en la Capa 3, ya que los dispositivos de Capa 1 y Capa 2 no pueden hacerlo.

Son los dispositivos de capa 3 como los routers que contienen los broadcast entre los segmentos. Para que un paquete sea enviado a través del router, el dispositivo de Capa 2 debe ya haberlo procesado y la información de la trama debe haber sido eliminada. El envío de Capa 3 se basa en la dirección IP destino y no en la dirección MAC. Para que un paquete pueda enviarse, debe contener una dirección IP que esté por afuera del alcance de las direcciones asignadas a la LAN, y el router debe tener un destino al cual enviar el paquete específico en su tabla de enrutamiento.



10 dominios de colision, 2 dominios de broadcast