Cap tulo 5 Puentes y Conmutadores LAN - PowerPoint PPT Presentation

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    1. 1 Captulo 5 Puentes y Conmutadores LAN

    2. 2

    3. 3 Puentes Separan redes a nivel MAC Objetivos: Rendimiento (separan trfico local) Distancia (en Fast Ethernet 412 m) Seguridad (separan medio broadcast) Fiabilidad (un problema no afecta a toda la red) Interoperabilidad (Ethernet-Token Ring) Nmero de estaciones (1024 en Ethernet)

    4. 4

    5. 5 Tipos de puentes Por su funcionamiento: Transparentes (802.1): el puente sin conversin de formato de trama (entre redes del mismo tipo) Con encaminamiento desde el origen (802.5): solo existen en redes Token Ring Por su alcance. Locales: interconectan LANs directamente Remotos: para enlazar LANs a travs de conexiones WAN (lneas dedicadas, enlaces X.25, Frame Relay o ATM).

    6. 6

    7. 7 Sumario Tipos de puentes Funcionamiento de los puentes transparentes. Spanning Tree Puentes remotos y traductores Puentes con encaminamiento desde el origen Conmutadores Transmisin full dplex, control de flujo, autonegociacin, agregacin de enlaces Planificacin Redes locales virtuales (VLANs)

    8. 8 Puentes transparentes (802.1D) Se aplican a todas las LANs Funcionan en modo promiscuo El puente averigua que estaciones tiene a cada lado , y solo reenva las tramas que: Van dirigidas a una estacin al otro lado, o Tienen un destino desconocido para el puente, o Tienen una direccin de grupo (broadcast o multicast). La trama reenviada es idntica a la original (la direccin MAC no se cambia). Cada interfaz del puente tiene una direccin MAC distinta.

    9. 9

    10. 10 Aprendizaje de direcciones de los puentes Supongamos un puente con dos interfaces, LAN1 y LAN2: El puente recibe por LAN1 una trama con direccin de origen A y direccin de destino B El puente incluye A en su tabla de direcciones de LAN1 (o probablemente ya estaba) El puente busca B en la tabla de direcciones de LAN1; si la encuentra descarta la trama, si no la reenva a LAN2. Solo se utilizan direcciones de origen para actualizar las tablas. Si una estacin no emite ninguna trama (la estacin discreta) su direccin no estar en las tablas.

    11. 11

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    14. 14 Aprendizaje de direcciones en los puentes transparentes Al cabo de un rato las tablas incluyen a la mayora de las estaciones activas de todas las redes que conecta el puente. Las entradas de la tabla tienen un tiempo de expiracin (para permitir la movilidad). Las tablas se mantienen en memoria RAM, y tienen un tamao limitado (tpicamente 1-8K direcciones). Las tablas son exhaustivas. No existe un mecanismo de sumarizacin de direcciones ya que no tienen ninguna relacin geogrfica entre s.

    15. 15

    16. 16 Bucles entre Puentes A veces al conectar LANs con varios puentes se producen bucles, es decir hay ms de un camino posible entre dos redes. Estos bucles pueden hacerse por error o porque se quiere disponer de varios caminos para tener mayor fiabilidad y tolerancia a fallos. Con el funcionamiento normal de los puentes transparentes un bucle bloquea la red.

    17. 17

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    19. 19 Protocolo spanning tree Resuelve el problema de bloqueo de la red debido a los bucles. Los puentes se pasan informacin de las conexiones que tienen; con eso cada uno se construye el rbol de la red y observa si se produce algn bucle; en ese caso se desactivan las interfaces necesarias para evitar los bucles, es decir construye un rbol sin bucles o un spanning tree. El protocolo Spanning Tree permite crear topologas redundantes, para mejorar la tolerancia a fallos. El tiempo de reaccin es lento (minutos). Spanning Tree es parte opcional de la especificacin de puentes transparentes (802.1D). Puede no estar presente en algunos equipos.

    20. 20

    21. 21 Funcionamiento de spanning tree Cada puente recibe como identificador (ID) su direccin MAC cannica. Cada puerto del puente recibe un identificador y tiene asociado adems un costo que normalmente es inversamente proporcional a su velocidad (ej.: puerto 10BASE-T costo 100, puerto 100 BASE-T costo 10). Los puentes intercambian continuamente informacin; para ello utilizan un protocolo propio y una direccin MAC multicast que significa todos los puentes de la LAN.

    22. 22 Algoritmo spanning tree Los puentes eligen el puente raz como el de ID ms bajo. Cada puente se anuncia enviando mensajes multicast que contienen su ID, el ID de su puente raz y el costo de llegar a l; los mensajes se van propagando por toda la red; cada puente suma el costo de la interfaz por la que emite el mensaje. Finalmente todos los puentes eligen como raz al mismo (el que tiene el ID ms bajo). Cada puente calcula cual es su distancia mnima al raz y por que puerto accede a l. Ese es el puerto raz de ese puente. Para cada LAN hay un puente designado, que es aquel por el que esa LAN accede al raz al mnimo costo.

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    24. 24

    25. 25 Algorhyme I think that I shall never see A graph more lovely than a tree. A tree whose crucial property Is loop-free connectivity. A tree that must be sure to span So packets can reach every LAN. First, the root must be selected. By ID, it is elected. Least cost paths from root are traced. In the tree, these paths are placed. A mesh is made by folks like me, Then bridges find a spanning tree. - Radia Perlman

    26. 26 Sumario Tipos de puentes Funcionamiento de los puentes transparentes. Spanning Tree Puentes remotos y traductores Puentes con encaminamiento desde el origen Conmutadores Transmisin full dplex, control de flujo, autonegociacin, agregacin de enlaces Planificacin Redes locales virtuales (VLANs)

    27. 27 Puentes remotos (encapsulado) Permiten unir LANs mediante lneas WAN El principio bsico es similar a los puentes transparentes, salvo que para cada unin hacen falta dos equipos Tambin se puede utilizar el spanning tree. Desde el punto de vista de la topologa cada equipo se considera medio puente. El rendimiento depende de la velocidad de la lnea (tpicamente de 64 Kb/s a 2 Mb/s). Con lneas de baja velocidad el trfico broadcast/multicast puede saturar la lnea.

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    31. 31 Puentes traductores o mixed media Permiten unir redes de distinto protocolo MAC (IEEE 802.3-802.5 por ejemplo) Problemas de conversin: Campos 802.5 inexistentes en 802.3 (prioridad, acuse de recibo, deteccin de errores, etc.) Clculo del checksum Diferente tamao de trama (ajustar Token Holding Time) Diferente forma de representar la direccin Generalmente preferible usar routers

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    33. 33 Sumario Tipos de puentes Funcionamiento de los puentes transparentes. Spanning Tree Puentes remotos y traductores Puentes con encaminamiento desde el origen Conmutadores Transmisin full dplex, control de flujo, autonegociacin, agregacin de enlaces Planificacin Redes locales virtuales (VLANs)

    34. 34 Puentes con encaminamiento desde el origen Son un invento del grupo de trabajo 802.5 y solo se usan en Token Ring. El emisor sabe cual es la ruta ptima, y la indica en la trama que enva. Los puentes examinan la informacin de ruta y encaminan la trama siguiendo las instrucciones. Permite repartir trfico entre varios caminos posibles.

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    36. 36 Puentes con encaminamiento desde el origen La ruta ptima se averigua enviando tramas de descubrimiento. Mecanismo no escalable a grandes redes (genera mucho trfico). Proceso complejo en las estaciones para generar informacin de rutas. Las estaciones Token Ring no estn obligadas a implementar la funcin de encaminamiento.

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    38. 38 Sumario Tipos de puentes Funcionamiento de los puentes transparentes. Spanning Tree Puentes remotos y traductores Puentes con encaminamiento desde el origen Conmutadores Transmisin full dplex, control de flujo, autonegociacin, agregacin de enlaces Planificacin Redes locales virtuales (VLANs)

    39. 39 Conmutadores LAN Son puentes que Tienen muchas interfaces (6 o mas) Realizan la conmutacin de forma muy rpida gracias a implementaciones en hardware con ASICs (Application Specific Integrated Circuit) Pueden llegar a tener cientos de interfaces

    40. 40

    41. 41

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    43. 43

    44. 44 Conmutadores LAN: Funcionamiento Almacenamiento y reenvo: El conmutador recibe la trama en su totalidad, comprueba el CRC y la retransmite si es correcta (si no la descarta). Cut-through: El conmutador empieza retransmitir la trama tan pronto ha ledo la direccin de destino. Aunque el CRC sea errneo la trama se retransmite. Menor latencia que almac./reenvo. Hbrido: usa cut-through inicialmente, pero si detecta que una estacin genera tramas errneas pasa a modo almac./reenvo para las tramas que vienen de esa direccin MAC.

    45. 45 Sumario Tipos de puentes Funcionamiento de los puentes transparentes. Spanning Tree Puentes remotos y traductores Puentes con encaminamiento desde el origen Conmutadores Transmisin full dplex, control de flujo, autonegociacin, agregacin de enlaces Planificacin Redes locales virtuales (VLANs)

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    50. 50 Transmisin Full Dplex Full Duplex: supresin del protocolo MAC Solo es posible si: Solo hay dos estaciones en la red (p. ej. host-switch, sw-sw) El medio es Full Dplex (p. ej. 100BASE-T) Los controladores/transceivers de ambos equipos son capaces de funcionar Full Dplex Evita la limitacin de distancias impuesta por CSMA/CD. Ej.: enlaces Ethernet de hasta 800 Km con SM y repetidores

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    52. 52 Full Dplex Suprime MAC, por tanto ms sencillo de implementar y ms barato que Half Dplex. Pero: Menor ventaja de lo que parece (generalmente solo til en servidores y conmutadores) Modo normal de funcionamiento de GE. Mejora el rendimiento. Evita el uso de extensin de portadora y rfagas de tramas.

    53. 53 Control de flujo Evita la prdida de tramas por saturacin en un conmutador Se implementa con el comando PAUSE; el receptor pide parar un tiempo determinado; pasado ese tiempo el emisor vuelve a enviar (si no recibe otra orden antes). Puede ser asimtrico (ej. en una conexin host-conmutador el conmutador puede parar al host pero no al revs)

    54. 54 Autonegociacin Permite ajustar el funcionamiento de forma automtica lo mejor posible. Prioridad: 1000BASE-T Full Dplex 1000BASE-T Half Dplex 100BASE-TX Full Dplex 100BASE-TX Half Dplex 10BASE-T Full Dplex 10BASE-T Half Dplex La autonegociacin es opcional, puede no estar (o estar y no funcionar bien)

    55. 55 Agregacin de enlaces Permite agregar varios enlaces (normalmente full dplex) para conseguir mayor capacidad. Ej.: 4 x GE = 4 Gb/s. Requiere desactivar spanning tree Normalmente no interesante por encima de 4 enlaces. Permite un crecimiento escalable. Estndar ya aprobado por el IEEE (802.3ad)

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    57. 57 QoS en Ethernet Desarrollos en 802.1p y 802.1Q Campo prioridad de tres bits como Token Ring. Necesidad de acompaar polticas de uso (sistema de contabilidad/facturacin). Dudosa utilidad en LAN (posibilidad de sobredimensionar a bajo costo)

    58. 58 Sumario Tipos de puentes Funcionamiento de los puentes transparentes. Spanning Tree Puentes remotos y traductores Puentes con encaminamiento desde el origen Conmutadores Transmisin full dplex, control de flujo, autonegociacin, agregacin de enlaces Planificacin Redes locales virtuales (VLANs)

    59. 59 Rendimiento: planificacin Cuando debo aumentar la capacidad de mi Ethernet? Hay que deducirlo del trfico, no de las colisiones Medir trfico en puntos clave; tomar valores cada 15 minutos y calcular promedios Conviene aumentar la red si: Se supera el 50% durante 15 minutos, o Se supera el 20-30% durante una hora, o Se supera el 10-20% durante 8 horas Un 100% de ocupacin durante un minuto no justifica un aumento de capacidad (salvo si hay trfico en tiempo real)

    60. 60 Planificacin Antes de comprar equipamiento estudiar posibles optimizaciones: Cambiar la topologa para distribuir trfico de forma mas homognea Ubicar equipos donde mas se aprovechen Intentar optimizar para la situacin crtica (horas punta)

    61. 61 Planificacin EN o FE compartida (hubs) es una va a extinguir, solo interesante hoy en redes pequeas. Hay que ir a redes conmutadas. Costo de red conmutada cada vez mas prximo al de red compartida Ventajas de las redes conmutadas: Rendimiento apreciablemente superior Distancia sin limitaciones por CSMA/CD Efecto captura no es problema Seguridad: sniffers intiles

    62. 62 Costo por puerto compart./conmut. (Kpts aprox.)

    63. 63 Diseo y Planificacin

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    65. 65 Planificacin Los emisores en fibra FE y GE seguirn siendo ms caros que en cobre (x2), an con el uso de VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) Las alternativas (ATM, FDDI, Token Ring,...) son cada vez menos atractivas Mayor costo, mayor complejidad Menor rendimiento (frente a FE FD o GE FD) Menor escalabilidad

    66. 66 10 Gbps Ethernet Creado grupo de trabajo 802.3ae en enero del 2000 Se espera el estndar en 2002 Nivel fsico basado en OC-192 (9,95 Gbps) Sistema de codificacin en discusin. Posibles candidatos: 8B/10B y PAM 5x5 Misma estructura de trama que Ethernet. Mismos tamaos mximo y mnimo. Solo funcionamiento Full Duplex. Utilizacin de fibra MM mejorada (nuevos estndares en discusin) Mas informacin en www.10gigabit-ethernet.com

    67. 67 Aplicaciones de 10 Gb Ethernet Backbone de grandes redes locales Conexin de servidores de altas prestaciones Posible alternativa a ATM y SDH en WAN (contempla grandes distancias) Redes metropolitanas sobre fibra oscura o WDM (Wavelength Division Multiplexing) Soporte de todo tipo de servicios, includo voz y vdeo.

    68. 68 Medios fsicos en 10Gbps Ethernet VCSEL: FP: DFB:

    69. 69 Evolucin de Ethernet 1981: 10 Mb/s compartidos 1x 1992: 10 Mb/s conmutados 10x 1995: 100 Mb/s conmutados 100X 1998: 1 Gb/s conmutado 1000X 2001: 10 Gb/s conmutados 10000X

    70. 70 Despus de 10 Gb Ethernet Velocidad limitada por la tecnologa de los lser Seguramente no seguir el factor 10 40 Gb/s (OC768) en 2004 160 Gb/s (OC3072) en 2007 640 Gb/s (OC12288) en 2010

    71. 71 Sumario Tipos de puentes Funcionamiento de los puentes transparentes. Spanning Tree Puentes remotos y traductores Puentes con encaminamiento desde el origen Conmutadores Transmisin full dplex, control de flujo, autonegociacin, agregacin de enlaces Planificacin Redes locales virtuales (VLANs)

    72. 72 Redes Locales Virtuales (VLANs) Equivalen a partir un conmutador en varios ms pequeos. Objetivos: Rendimiento (reducir trfico broadcast) Gestin Seguridad Soportado por la mayora de conmutadores actuales Normalmente la interconexin de VLANs se hace con un router.

    73. 73

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    81. 81 Descripcin de prctica con conmutadores y creacin de VLANs

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    90. 90 Ejercicios

    91. 91 Ejercicio 2 Explicar la diferencia entre unir tres redes Ethernet con un puente o un repetidor. En que caso seran equivalentes ambas soluciones?

    92. 92 Con el puente el trfico local de cada segmento queda confinado, el rendimiento puede llegar a 30 Mb/s Si todo el trfico fuera broadcast (o multicast) las dos soluciones seran equivalentes. Tambin seran equivalentes si el puente fuera un buffered repeater (sin tabla de direcciones MAC).

    93. 93 Ejercicio 3

    94. 94 Ejercicio 8 Dos redes 10BASE2 unidas por dos lneas E1 con puentes remotos se utilizan para videoconferencia (160 Kb/s cada una) Calcular cuantas videoconferencias se pueden mantener simultneamente, y el trfico que producen en la LAN y en las lneas Calcular la cantidad de paquetes por segundo que procesan los puentes.

    95. 95 Ejercicio 8

    96. 96 Tamao de tramas: 160000 * 0,04 = 6400 bits = 800 bytes Suponiendo encapsulado LLC-SNAP: Trama LLC: 808 bytes Trama 802.3 (MAC): 826 bytes = 6608 bits Trama fsica: 834 bytes = 6672 bits Caudal 802.3 por videoconf.: 6608 / 0,04 = 165,2 Kb/s Num. Videoconferencias: 2048 / 165,2 = 12,4 = 12 Caudal lnea E1: 12 * 165,2 = 1982,4 Kb/s Trfico LAN por videoconf: (6672/0,04)*2 = 333,6 Kb/s Trfico LAN total: 333,6 * 12 = 4003,2 Kb/s

    97. 97 Los puentes activos reciben 25 * 12 = 300 paquetes por segundo por la LAN y 300 por la WAN. Procesan 600 pps (paquetes por segundo). Los puentes inactivos reciben solo el trfico LAN, que son 600 pps.

    98. 98 Ejercicio de spanning tree

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    102. 102

    103. 103

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