Fundamentos de Redes: Switches, Routers y Protocolos Esenciales

Switches

A veces se describe como un **puente multipuerto**. Al igual que los puentes, aprenden por qué puerto está cada equipo, evitando así el **colapso de la red**.

Concepto Clave: Throughput

En una **LAN** con todos los nodos conectados al switch, el **throughput** (la cantidad de datos que fluye en el sistema) **aumenta significativamente**.

Actualmente, todos los dispositivos de conmutación realizan dos tareas básicas:

Conmutación

Procedimiento por el cual una **trama** se recibe por el medio de entrada y se transmite al de salida.

Mantenimiento de Operaciones de Conmutación

Cuando los **switches** crean y mantienen **tablas** para saber por dónde enviar las tramas.

Funcionamiento del Switch

Aprendizaje

Los switches aprenden en qué puerto está una **dirección MAC** específica.

Actualización

Las entradas de la **tabla MAC** reciben un **tiempo de caducidad**. Cuando este tiempo expira, la entrada se elimina, evitando así el **colapso de la red**.

Flooding (Inundación)

Si el switch no sabe por qué puerto enviar la trama, la envía por **todos los puertos** excepto por el de entrada.

Reenvío Selectivo

Las tramas solo se envían al puerto donde se encuentra la **dirección MAC de destino**.

Filtrado

Si la trama no aprueba la **verificación CRC** (Cyclic Redundancy Check), se considera corrupta y, por lo tanto, se **descarta**.

Métodos de Conmutación

Almacenamiento y Envío (Store-and-Forward)

El switch lee la trama completa, comprueba **errores**, decide por dónde enviarla y luego la transmite.

Corte (Cut-Through)

Lee solo hasta la **dirección MAC de destino** y la envía. Es más rápido, pero **no detecta errores** en la trama completa.

Liberación de Fragmentos (Fragment-Free)

Una variante del método de corte que filtra los **fragmentos resultantes de colisiones**.

Protocolo STP (Spanning Tree Protocol)

Para evitar la creación de **bucles en la red**, los switches disponen del **protocolo STP** (Spanning Tree Protocol), que envía **tramas BPDU** (Bridge Protocol Data Unit). Los modos de operación son:

Bloqueado (Blocking)

El puerto envía y escucha **BPDU**, pero **no reenvía tramas** de datos.

Escucha (Listening)

El puerto escucha **BPDU** para asegurarse de que no hay bucles. **No reenvía tramas** de datos.

Aprendizaje (Learning)

El puerto aprende **direcciones MAC** y construye la **tabla de conmutación**, pero **no reenvía tramas** de datos.

Reenvío (Forwarding)

El puerto reenvía **tramas de datos** y **BPDU**.

Desactivado (Disabled)

El puerto **no participa** en el protocolo STP.

Router

Dispositivo de **interconexión de redes**. Sus responsabilidades son:

• Determinar la **mejor ruta** para enviar paquetes.
• Enviar **paquetes** al destino.

Un router utiliza su **tabla de enrutamiento** para determinar la mejor ruta. Su funcionamiento es el siguiente:

• Recibe un **paquete**, examina la **dirección IP de origen y destino**, y busca coincidencias en su **tabla de enrutamiento**, la cual también incluye la **interfaz de salida** por la cual comunicar.
• Cuando encuentra una coincidencia, **encapsula el paquete** en la trama de la interfaz de salida.
• El paquete es **enviado**.

Conceptos Adicionales Importantes

Señal de Congestión y Postergación Aleatoria

Cuando un dispositivo detecta una **colisión**, envía una **señal de congestión** para informar a los demás dispositivos. Estos invocan un **algoritmo de postergación** que asigna un tiempo aleatorio a cada dispositivo. Durante ese tiempo, **ningún dispositivo emite datos**.

Tiempo de Bit

El **tiempo de bit** es el periodo de tiempo necesario para colocar un bit en el medio de transmisión. Cada tipo de medio tiene un tiempo de bit distinto. Por ejemplo:

• **Ethernet a 10 Mbps** requiere **100 nanosegundos**.
• **Ethernet a 100 Mbps** requiere **10 nanosegundos**.
• **Ethernet a Gigabit** requiere solo **1 nanosegundo**.

Espacio entre Tramas (Interframe Gap - IFG)

El estándar de **Ethernet** requiere un **espacio mínimo entre dos tramas**. Esto permite que el medio se estabilice y que el dispositivo receptor tenga tiempo para procesar la trama anterior. El tiempo estándar es de **96 tiempos de bit**, siendo el tiempo de bit diferente en cada tecnología utilizada.

Multicast

Las **direcciones multicast** permiten al nodo origen enviar un **paquete a un grupo específico de dispositivos**. El intervalo de direcciones multicast es de **224.0.0.0 a 239.255.255.255**. Para el direccionamiento multicast, también es necesaria una **dirección MAC especial**, la cual comienza con **01-00-5E** y finaliza con la conversión de los 23 bits inferiores de la IP del grupo multicast. El bit restante siempre es 0.