SISTEMAS DE CONMUTACION Y ENRUTAMIENTO
QUE ES LA CONMUTACIÓN:
DEFINICIÓN:
En las redes de comunicaciones, la conmutación se considera como la acción de establecer una vía, un camino, de extremo a extremo entre dos puntos, un emisor (Tx) y un receptor (Rx) a través de nodos o equipos de transmisión. La conmutación permite la entrega de la señal desde el origen hasta el destino requerido.
QUE ES EL ENRUTAMIENTO
DEFINICIÓN:
En términos generales, el enrutamiento es el proceso de reenviar paquetes entre dos redes conectadas. En cuanto a las redes basadas en TCP/IP, el enrutamiento forma parte del Protocolo Internet (IP) y se utiliza junto con otros servicios de protocolo de red para proporcionar capacidades de reenvío entre hosts que se encuentran en segmentos de red distintos dentro de una red basada en un TCP/IP más grande.
FUNCIONES DE LA CONMUTACION:
La funcionalidad de un conmutador está dada por la multiplicación de
redes y datos a transmitir, con la subsiguiente necesidad de un
orden y sistematización para su operación. Un conmutador funciona como un
filtro en la red, mejorando el rendimiento y la seguridad de las conexiones al
provocar una fusión de éstas.
HARDWARE DE CONMUTACION:
- Repetidores. Un repetidor es la expresión mínima de un concentrador, o dicho con más propiedad, podemos afirmar que un concentrador es un repetidor multipuerto. Los repetidores, con solo dos puertos (denominamos puerto a cada conexión con la red o segmento de la misma), diseñados según las especificaciones IEEE 802.3, actúan como una parte del cableado de la red, ya que transfieren los paquetes recibidos de un extremo al otro, independientemente de su contenido, su origen y su destino, es decir, de un modo totalmente transparente e indiscriminado. Nos permiten interconectar dos o más (según sean puros repetidores o concentradores, respectivamente) segmentos incluso con diferentes tipos de cableado, permitiéndonos, de este modo, sobrepasar el número máximo de nodos o la longitud máxima permitidas por segmento. Se encargan de regenerar las señales y resincronizar los segmentos, e incluso de desconectar (lo que se llama segmentar o particionar) a aquellos que funcionan inadecuadamente, permitiendo así que el resto de la red siga trabajando. Por supuesto, el uso de repetidores también esta limitado, ya que generan un pequeño retraso, que en caso de prolongarse por varios repetidores consecutivos, impediría el adecuado funcionamiento de la red y la perdida de los paquetes que circulan por la misma; entre dos nodos cualesquiera de la red, pueden existir un máximo de cuatro repetidores, lo que equivale a cinco segmentos, y además en un máximo de tres de ellos pueden conectarse otros nodos (es decir dos de los cinco segmentos sólo pueden ser empleados para la interconexión entre repetidores). La velocidad a la que transmiten los paquetes es siempre la misma que la de la propia red. Los repetidores actúan, según el modelo OSI, a nivel físico (capa 1).
- Puentes. Los puentes (bridges) fueron diseñados, según la normativa IEEE 802.1d, para la conexión de redes diferentes. Igual que los repetidores, son independientes de los protocolos, y retransmiten los paquetes a la dirección adecuada basándose precisamente en esta, en la dirección destino (indicada en el propio paquete). Su diferencia con los repetidores consiste en que los puentes tienen cierta "inteligencia", que les permite reenviar o no un paquete al otro segmento; cuando un paquete no es retransmitido, decimos que a sido filtrado. Además esos filtros pueden ser automáticos, en función de las direcciones de los nodos de cada segmento, que los puentes "aprenden" al observar el tráfico de cada segmento, o pueden ser filtros definidos por el administrador de la red, en función de razones de seguridad, organización de grupos de trabajo en la red, limitación de tráfico innecesario, etc. Otra importante diferencia es que con los repetidores, el ancho de banda de los diferentes segmentos es compartido, mientras que con los puentes, cada segmento dispone del 100% del ancho de banda, o, en otras palabras, el ancho de banda total de la red se multiplica por el número de puertos de los que dispone el puente. En el caso de una red Ethernet, un puente (2 puertos), el ancho de banda disponible entre dos segmentos sería de 20 Mbps., y si disponemos de un "puente multipuerto", por ejemplo con 3 puertos, el ancho de banda total será de 30 Mbps., y así sucesivamente. Su filosofía impide que las colisiones se propaguen entre diferentes segmentos de la red, algo que los repetidores son incapaces de evitar. Los puentes pueden llegar, según sus prestaciones, a transmitir los paquetes a la misma velocidad a la que circulan por la red. Habitualmente, los puentes de una red se enlazan entre si con topología de bus y a su vez se combinan con concentradores o repetidores multipuerto para extender la red de un modo eficaz, mediante una topología de estrella. Los puentes funcionan en la capa 2 del modelo OSI (enlace). Una característica muy importante de los puentes es el algoritmo de "expansión en árbol" (spanning tree), un mecanismo del software de un puente, por el cual se impide que se creen bucles dentro de una red donde haya varios puentes, al intercambiar constantemente entre ellos unos paquetes denominados BPDU, que les permiten reconfigurar, dinámicamente, los caminos a seguir por el tráfico de la red, sirviendo así incluso, de medida de seguridad en caso de fallo de algún puente, al poder establecer, automáticamente, una ruta alternativa.
Encaminadores. Los encaminadores (routers), son dependientes del protocolo, y de modo similar a los puentes, tienen la capacida
d de filtrar el tráfico de un modo inteligente. Su funcionamiento está basado, en gran medida en la información del protocolo contenida en cada paquete. Igual que los puentes, impiden la propagación de las colisiones de unos segmentos a otros de la red; es más, en realidad, separan totalmente los segmentos convirtiéndolos en redes lógicas totalmente diferentes, que denominamos "subredes", e incluso modifican el contenido de los paquetes retransmitidos. Como en el caso de los puentes, pueden llegar a transmitir los paquetes a la misma velocidad que a la que circulan por la red. Los encaminadores se sitúan en la capa de red del modelo OSI (nivel 3), sin embargo, la realidad es que, en la mayoría de los productos actuales, hay una gran mezcla entre puentes y encaminadores, los que denominamos "brouters", que realizan funciones de puentes a nivel 3, y tienen la capacidad de comportarse tanto como puros puentes como puros encaminadores
Conmutadores. Los conmutadores (switches), son, en cierto modo, puentes multipuerto, aunque pueden llegar a tener funciones propias de encaminadores. Incrementan la capacidad total de tráfico de la red dividiéndola en segmentos mas pequeños, y filtrando el tráfico innecesario, bien automáticamente o bien en función de filtros definidos por el administrador de la red, haciéndola, en definitiva, más rápida y eficaz. Cuando un paquete es recibido por el conmutador, éste determina la dirección fuente y destinataria del mismo; si ambas pertenecen al mismo segmento, el paquete es descartado; si son direcciones de segmentos diferentes, el paquete es retransmitido (a no ser que los filtros definidos lo impidan). La diferencia fundamental, teóricamente, entre puentes y conmutadores, es que los puentes reciben el paquete completo antes de proceder a su envío al puerto destinatario, mientras que un conmutador puede iniciar su reenvío antes de haberlo recibido por completo; ello redunda, evidentemente, en una mejora de prestaciones
- Salto: Es cada dispositivo de enrutamiento en la red por el cual la información debe atravesar para llegar a un destino.
- Próximo salto: Es el siguiente router en la red por el cual la información debe atravesar para llegar a un destino.
- Router Designado: Es el router q recibe todas las actualizaciones y se encarga de repartirlas a los demás routers, en una red el router designado es el primer router que se enciende, al ser el primero en encenderse se nombra el mismo como designado, aunque el administrador de la red si desea puede cambiar el designado por medio de comandos.
- Vecino: Es un router que pertenece a una red directamente conectada y que me envía actualizaciones de enrutamiento.
- EL ICMP: Es el que me notifica cuando un paquete se ha perdido en la red ò no ha llegado a su destino para que sea reenviado nuevamente. Tiene que estar habilitado en el router de lo contrario no hará la notificación.
- El Protocolo de Enrutamiento: Aprende y determina la mejor ruta hacia un destino y permite conocer la topología. (En otras palabras crea la tabla de enrutamiento con las mejores rutas).
- El Protocolo de Enrutado: Proporciona información de direccionamiento suficiente para que un paquete llegue a su destino, define el esquema de direccionamiento (en otras palabras es el que escoge la mejor ruta para transportar los paquetes en base a la tabla que creó el protocolo de enrutamiento)
- Vector Distancia: Este protocolo determina solo la dirección y la distancia a la cual se encuentra la red, envía actualizaciones periódicas que incluyen toda la tabla de enrutamiento, que redes hay y como llegar. (Los protocolos de enrutamiento por vector de distancia son semejantes a la utilización de carteles de carretera para guiarse en el camino hasta un destino; sólo le brindan información acerca de la distancia y la dirección).
– Estado de Enlace: Este protocolo conoce la topología de la red, actualiza la información de enrutamiento con LSA y los almacena en una base de datos topológica, a partir de la cual se calcula un árbol de la ruta más corta y a partir de allí se crea la tabla de enrutamiento. (Los protocolos de enrutamiento de estado de enlace son semejantes a la utilización de un mapa. Con un mapa, puede ver todas las posibles rutas y determinar su propia ruta preferida).
- Distancia Administrativa: Permite elegir una ruta cuando sean aprendido mas de una ruta por protocolos de enrutamiento distintos
TECNOLOGIA DE ENRUTAMIENTO
Enrutamiento estático
– Fácil de entender
– Fácil de configurar para redes pequeñas
Enrutamiento dinámico
– Esencial para redes grandes
– Potencialmente más difícil de configurar
(p.e. OSPF)
Protocolos de Enrutamiento Internos (IGP, IntraAS)
– Los enrutadores dentro de un Sistema Autónomo (AS) intercambian información utilizando protocolos
internos (IGP). Ejemplos: RIP y OSPF
– Un Sistema Autónomo puede tener múltiples IGPs (por ejemplo, tener RIP en un sector y OSPF en otro)
Protocolos de Enrutamiento Externos (EGP, InterAS)
– La información de enrutamiento entre Sistemas
Autónomos se intercambia utilizando un protocolo externo (EGP), por ejemplo, BGP
Protocolos de Vector de Distancia
• Realizan el cómputo en forma distribuida
• Calcula el mejor camino a cada red de destino por separado
• Usualmente intenta reducir el número de saltos para alcanzar una red de destino
• En cada paso del algoritmo, cada enrutador tiene, para cada red de destino, cuál sería el próximo salto y el costo asociado a esa alternativa.
Los enrutadores, entonces, notifican a sus vecinos, la información que tienen
Al recibir la información de sus vecinos, suman los costos correspondientes a los enlaces por los que la
recibieron
Ahora, cada enrutador actualiza la información para llegar a cada destino (próximo salto y costo)
El proceso se repite periódicamente
¿Qué hace RIP?
Los enrutadores RIP aumentan el costo con un peso asignado al enlace (típicamente 1)
Cada 30 segundos, los enrutadores RIP difunden su información a los vecinos
Cuando un enrutador RIP recibe una actualización de su vecino X, calcula las
distancias a través de X
Si la ruta para un destino Y a través de X es mejor que la que tiene, se actualiza el “próximo salto” para ir a Y, que será X, con el nuevo costo asociado
Redes conmutadas:
Cuando los datos hay que enviarlos a largas distancias ( e incluso a no tan largas ) , generalmente deben pasar por varios nodos intermedios . Estos nodos son los encargados de encauzar los datos para que lleguen a su destino .
En conmutación de circuitos , los nodos intermedios no tratan los datos de ninguna forma , sólo se encargan de encaminarlos a su destino .
En redes de comunicación conmutadas , los datos que entren en la red provenientes de alguna de las estaciones , son conmutados de nodo en nodo hasta que lleguen a su destino .
Hay nodos sólo conectados a otros nodos y su única misión es conmutar los datos internamente a la red . También hay nodos conectados a estaciones y a otros nodos , por lo que deben de añadir a su función como nodo , la aceptación y emisión de datos de las estaciones que se conectan .
Los enlaces entre nodos están multiplexados en el tiempo o por división de frecuencias .
Generalmente hay más de un camino entre dos estaciones , para así poder desviar los datos por el camino menos colapsado .
Para redes de área amplia , generalmente se utilizan otras técnicas de conmutación : conmutación de circuitos y conmutación de paquetes .
CONMUTACION DE CIRCUITOS:
Redes de conmutación de circuitos
Para cada conexión entre dos estaciones , los nodos intermedios dedican un canal lógico a dicha conexión . Para establecer el contacto y el paso de la información de estación a estación a través de los nodos intermedios , se requieren estos pasos :
1. Establecimiento del circuito : el emisor solicita a un cierto nodo el establecimiento de conexión hacia una estación receptora . Este nodo es el encargado de dedicar uno de sus canales lógicos a la estación emisora ( suele existir de antemano ) . Este nodo es el encargado de encontrar los nodos intermedios para llegar a la estación receptora , y para ello tiene en cuenta ciertos criterios de encaminamiento , coste , etc...
2. Transferencia de datos : una vez establecido el circuito exclusivo para esta transmisión ( cada nodo reserva un canal para esta transmisión ) , la estación se transmite desde el emisor hasta el receptor conmutando sin demoras de nodo en nodo ( ya que estos nodos tienen reservado un canal lógico para ella ) .
3. Desconexión del circuito : una vez terminada la transferencia , el emisor o el receptor indican a su nodo más inmediato que ha finalizado la conexión , y este nodo informa al siguiente de este hecho y luego libera el canal dedicado . así de nodo en nodo hasta que todos han liberado este canal dedicado .
Debido a que cada nodo conmutador debe saber organizar el tráfico y las conmutaciones , éstos deben tener la suficiente "inteligencia" como para realizar su labor eficientemente .
La conmutación de circuitos suele ser bastante ineficiente ya que los canales están reservados aunque no circulen datos a través de ellos .
Para tráfico de voz , en que suelen circular datos ( voz ) continuamente , puede ser un método bastante eficaz ya que el único retardo es el establecimiento de la conexión , y luego no hay retardos de nodo en nodo ( al estar ya establecido el canal y no tener que procesar ningún nodo ninguna información ) .
La red pública de telefonía utiliza conmutación de circuitos . Su arquitectura es la siguiente :
- Abonados : son las estaciones de la red .
- Bucle local : es la conexión del abonado a la red . Esta conexión , como es de corta distancia , se suele hacer con un par trenzado .
- Centrales : son aquellos nodos a los que se conectan los abonados ( centrales finales ) o nodos intermedios entre nodo y nodo ( centrales intermedias ) .
- Líneas principales : son las líneas que conectan nodo a nodo . Suelen usar multiplexación por división en frecuencias o por división en el tiempo .
Conceptos sobre conmutación:
Cada nodo de conmutación de circuitos consta básicamente de un conmutador digital , circuito que tiene una serie de conexiones al exterior ( cada una es un canal ) y una lógica de puertas interna que conecta unos canales con otros cuando se requieren estas conexiones . Por lo que dos canales conectados por el conmutador es como si estuvieran unidos sin interrupción . El conmutador posee la lógica de control suficiente para conectar y desconectar canales conforme sea necesario . Estos conmutadores deben permitir conexión full-duplex ( típica en telefonía ) .
El conmutador digital se compone de :
v Interfaz de red : incluye las funciones y hardware para conectar los dispositivos digitales ( y analógicos ) a la red .
v Unidad de control : establece , gestiona y corta las conexiones conforme se le requieran al sistema .
Hay dos tipos básicos de redes respecto a su capacidad o no de bloquear las comunicaciones entre dos estaciones :
1. Bloqueantes: aquellas que impiden una conexión cuando no es posible dedicar canales para ella ( por ejemplo en telefonía ya que no suele haber muchos teléfonos funcionando a la vez al ser las conexiones relativamente cortas ) .
2. No bloqueantes : aquellas que siempre disponen de algún canal para cada conexión ( esto debe ser así para conexiones entre sistemas informáticos en los que la conexión típica es de larga duración ) .
Principios de conmutación de paquetes
Debido al auge de las transmisiones de datos , la conmutación de circuitos es un sistema muy ineficiente ya que mantiene las líneas mucho tiempo ocupadas aun cuando no hay información circulando por ellas . Además , la conmutación de circuitos requiere que los dos sistemas conectados trabajen a la misma velocidad , cosa que no suele ocurrir hoy en día debido a la gran variedad de sistemas que se comunican .
En conmutación de paquetes , los datos se transmiten en paquetes cortos . Para transmitir grupos de datos más grandes , el emisor trocea estos grupos en paquetes más pequeños y les adiciona una serie de bits de control . En cada nodo , el paquete se recibe , se almacena durante un cierto tiempo y se transmite hacia el emisor o hacia un nodo intermedio .
Las ventajas de la conmutación de paquetes frente a la de circuitos son :
1. La eficiencia de la línea es mayor : ya que cada enlace se comparte entre varios paquetes que estarán en cola para ser enviados en cuanto sea posible . En conmutación de circuitos , la línea se utiliza exclusivamente para una conexión , aunque no haya datos a enviar .
2. Se permiten conexiones entre estaciones de velocidades diferentes : esto es posible ya que los paquetes se irán guardando en cada nodo conforme lleguen ( en una cola ) y se irán enviando a su destino .
3. No se bloquean llamadas : ya que todas las conexiones se aceptan , aunque si hay muchas , se producen retardos en la transmisión .
4. Se pueden usar prioridades : un nodo puede seleccionar de su cola de paquetes en espera de ser transmitidos , aquellos más prioritarios según ciertos criterios de prioridad .
CONMUTACION EN ETHERNET:
Ethernet tiene dos caras actualmente:
… Fast Ethernet
… Gigabit Ethernet
„ Estas dos tecnologías han incrementado la velocidad por cable enormemente.
„ El “switching” ha sido el que ha aportado el mayor avance que el rápido incremento de la velocidad del cable.
Sin switches, “Fast Ethernet” sería limitada a una red de unos 200 metros de diámetro, lo cuál es prácticamente inútil (salvo para pequeñas instalaciones).
„ “Ethernet switching” aporta compatibilidad de las tramas Ethernet existentes hoy en día, respecto del pasado.
Técnicamente, el Bridging y el Switching tienen función OSI de capa 2 (nivel de enlace de datos).
Esta es la causa de que no sean un estándar IEEE, sino solo una aplicación de estándares existentes.
„ Todos los estándares de conexión de red comunes hoy en día (los tres distintos estándares de Ethernet, Token Ring, FDDI, etc.) pueden ser conectadas mediante puentes
Tipos de dispositivos :
… Nivel de enlace de red:
„ Encaminador (Router)
… Nivel de transporte y de aplicación:
„ Pasarela (Gateway)
…Otros dispositivos:
„ Encaminador multiprotocolo
„ Brouter (puente/encaminador)
„ Conmutador de encaminamiento
DIRECCION IP:
Los equipos comunican a través de Internet mediante el protocolo IP (Protocolo de Internet). Este protocolo utiliza direcciones numéricas denominadasdirecciones IP compuestas por cuatro números enteros (4 bytes) entre 0 y 255, y escritos en el formato xxx.xxx.xxx.xxx. Por ejemplo, 194.153.205.26 es una dirección IP en formato técnico.
Los equipos de una red utilizan estas direcciones para comunicarse, de manera que cada equipo de la red tiene una dirección IP exclusiva.
El organismo a cargo de asignar direcciones públicas de IP, es decir, direcciones IP para los equipos conectados directamente a la red pública de Internet, es el ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers) que remplaza el IANA desde 1998 (Internet Assigned Numbers Agency).
DIRECCION MAC:
Se trata de la dirección MAC, y está formada por 48 bits que se suelen representar mediante dígitos hexadecimales que se agrupan en seis parejas (cada pareja se separa de otra mediante dos puntos ":" o mediante guiones "-"). Por ejemplo, una dirección MAC podría serF0:E1:D2:C3:B4:A5.
MAC son las siglas de Media Access Control y se refiere al control de acceso al medio físico. O sea que la dirección MAC es una dirección física (también llamada dirección hardware), porque identifica físicamente a un elemento del hardware: insisto en que cada tarjeta Ethernet viene de fábrica con un número MAC distinto. Windows la menciona como Dirección del adaptador. Esto es lo que finalmente permite las transmisiones de datos entre ordenadores de la red, puesto que cada ordenador es reconocido mediante esa dirección MAC, de forma inequívoca.
La mitad de los bits de la dirección MAC son usados para identificar al fabricante de la tarjeta, y los otros 24 bits son utilizados para diferenciar cada una de las tarjetas producidas por ese fabricante
