MAC, Ethernet y Resumen - CCNA1 V5 - CISCO C5

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1. MAC y Ethernet

Nota: esta actividad se puede completar en forma individual, en grupos pequeños o en un entorno de aprendizaje con todos los estudiantes del aula.

Vea el video ubicado en el siguiente enlace:

http://www.netevents.tv/video/bob-metcalfe-the-history-of-ethernet

Los temas que se tratan no incluyen solamente los comienzos del desarrollo de Ethernet, sino también adónde vamos en términos de la tecnología Ethernet (un enfoque futurista).

Después de ver el video y de comparar su contenido con el capítulo 5, vaya a la Web y busque información sobre Ethernet. Utilice un enfoque constructivista:

• ¿Qué características tenía Ethernet en sus orígenes?
• ¿Qué aspectos de Ethernet se mantuvieron durante los últimos 25 años y qué cambios se están implementando para hacerla más útil y aplicable para los métodos actuales de transmisión de datos?

Busque tres imágenes de medios físicos y dispositivos antiguos, actuales y futuros de Ethernet (enfóquese en los switches). Comparta las imágenes en clase y comente sobre los siguientes temas:

• ¿En qué aspectos cambiaron los medios físicos de Ethernet y los dispositivos intermediarios?
• ¿En qué aspectos permanecieron sin alteraciones los medios físicos de Ethernet y los dispositivos intermediarios?
• ¿Qué que cambiará de Ethernet en el futuro?

2. Resumen

Ethernet es la tecnología LAN más ampliamente utilizada en la actualidad. Se trata de una familia de tecnologías de red que se definen en los estándares IEEE 802.2 y 802.3. Los estándares de Ethernet definen los protocolos de Capa 2 y las tecnologías de Capa 1. En lo que respecta a los protocolos de capa 2, al igual que sucede con todos los estándares IEEE 802, Ethernet depende de las dos subcapas separadas de la capa de enlace de datos para funcionar: la subcapa de control de enlace lógico (LLC) y la subcapa MAC.

En la capa de enlace de datos, la estructura de la trama es casi idéntica para todas las velocidades de Ethernet. La estructura de la trama de Ethernet agrega encabezados y tráilers a la PDU de Capa 3 para encapsular el mensaje que se envía.

Existen dos estilos de entramado de Ethernet: el estándar IEEE 802.3 de Ethernet y el estándar DIX de Ethernet, al que hoy en día se lo conoce como Ethernet II. La diferencia más importante entre los dos estándares es el agregado de un delimitador de inicio de trama (SFD) y el cambio del campo Tipo por el campo Longitud en el estándar 802.3. Ethernet II es el formato de trama de Ethernet utilizado en las redes TCP/IP. Como implementación de los estándares IEEE 802.2/3, la trama de Ethernet proporciona direccionamiento MAC y comprobación de errores.

El direccionamiento de Capa 2 proporcionado por Ethernet admite comunicaciones unicast, multicast y broadcast. Ethernet utiliza el protocolo de resolución de direcciones para determinar las direcciones MAC de los destinos y asignarlas con direcciones de capa de red conocidas.

Cada nodo de una red IP tiene una dirección MAC y una dirección IP. El nodo debe utilizar sus propias direcciones MAC e IP en los campos de origen y debe proporcionar una dirección MAC y una dirección IP para el destino. Mientras que una capa OSI superior proporciona la dirección IP del destino, el nodo de envío debe encontrar la dirección MAC del destino para un enlace de Ethernet determinado. Ese es el propósito del protocolo ARP.

El protocolo ARP se basa en determinados tipos de mensajes Ethernet de broadcast y unicast, denominados “solicitudes ARP” y “respuestas ARP”. El protocolo ARP resuelve direcciones IPv4 en direcciones MAC y mantiene una tabla de asignaciones.

En la mayoría de las redes Ethernet, los dispositivos finales se suelen conectar a un switch LAN de capa 2 de forma punto a punto. Los switches LAN de capa 2 llevan a cabo los procesos de conmutación y filtrado basándose solamente en la dirección MAC de la capa de enlace de datos (capa 2) del modelo OSI. Los switches de capa 2 crean una tabla de direcciones MAC que utilizan para tomar decisiones de reenvío. Los switches de capa 2 dependen de los routers para pasar datos entre subredes IP independientes.

Los switches de Capa 3 son también capaces de llevar a cabo funciones de enrutamiento de Capa 3, con lo cual se reduce la necesidad de colocar routers dedicados en una LAN. Dado que los switches de Capa 3 cuentan con un hardware de conmutación especializado, pueden normalmente enviar datos con la misma rapidez con la que pueden conmutar.

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Tipos de interfaces de capa 3 y Configuración de un puerto enrutado en un switch de capa 3 - CCNA1 V5 - CISCO C5

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1. Tipos de interfaces de capa 3

Los dispositivos de red Cisco admiten varios tipos de interfaces de capa 3 diferentes. Las interfaces de capa 3 son aquellas que admiten el reenvío de paquetes IP a un destino final sobre la base de la dirección IP.

Los principales tipos de interfaces de capa 3 son los siguientes:

• Interfaz virtual de switch (SVI): interfaz lógica en un switch asociado a una red de área local virtual (VLAN).
• Puerto enrutado: puerto físico en un switch de capa 3 configurado para funcionar como puerto de router.
• EtherChannel de capa 3: interfaz lógica en dispositivos Cisco asociada a un conjunto de puertos enrutados.

Como se mostró anteriormente, se debe habilitar una SVI para la VLAN predeterminada (VLAN1) a fin de proporcionar conectividad de host IP al switch y permitir la administración remota del switch. También se deben configurar SVI para permitir el enrutamiento entre redes VLAN. Como ya se mencionó, las SVI son interfaces lógicas configuradas para VLAN específicas; para crear una ruta entre dos o más redes VLAN, cada VLAN debe tener habilitada una SVI independiente.

Los puertos enrutados permiten que los switches Cisco (de capa 3) funcionen como routers de manera eficaz. Cada puerto de un switch tal se puede configurar como puerto en una red IP independiente.

Los EtherChannels de capa 3 se utilizan para agrupar enlaces de Ethernet de capa 3 entre dispositivos Cisco para agregar ancho de banda, por lo general en uplinks.

Nota: además de las SVI y los EtherChannels de capa 3, existen otras interfaces lógicas en los dispositivos Cisco, que incluyen interfaces loopback e interfaces de túnel.

2. Configuración de un puerto enrutado en un switch de capa 3

Un puerto de switch se puede configurar para que funcione como puerto enrutado de capa 3 y se comporte como una interfaz de router normal. Las características específicas de un puerto enrutado son las siguientes:

• No está relacionado con una VLAN determinada.
• Se puede configurar con un protocolo de enrutamiento de capa 3.
• Es una interfaz de capa 3 únicamente, y no admite el protocolo de capa 2.

Configure los puertos enrutados colocando la interfaz en modo de capa 3 con el comando de configuración de interfaz no switchport. A continuación, asigne una dirección IP al puerto. Eso es todo.

Aprenderá más sobre las funciones del enrutamiento en el capítulo siguiente.

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Comparación de conmutación de capa 2 y conmutación de capa 3 y Cisco Express Forwarding - CCNA1 V5 - CISCO C5

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1. Comparación de conmutación de capa 2 y conmutación de capa 3

Además de determinar los diversos factores de forma de switch, es posible que también sea necesario elegir entre un switch LAN de capa 2 y un switch de capa 3.

Recuerde que los switches LAN de capa 2 llevan a cabo los procesos de conmutación y filtrado solo según la dirección MAC de la capa de enlace de datos (capa 2) del modelo OSI y dependen de los routers para pasar datos entre subredes IP independientes (consulte la figura 1).

Como se muestra en la figura 2, un switch de capa 3, como el Catalyst 3560, funciona de manera similar a un switch de capa 2, como el Catalyst 2960, pero en lugar de utilizar solo la información de la dirección MAC de la capa 2 para las decisiones de reenvío, los switches de capa 3 también pueden utilizar la información de la dirección IP. En lugar de aprender qué direcciones MAC están vinculadas con cada uno de sus puertos, el switch de Capa 3 puede también conocer qué direcciones IP están relacionadas con sus interfaces. Esto permite que el switch de capa 3 también dirija el tráfico a través de la red sobre la base de la información de la dirección IP.

Los switches de Capa 3 son también capaces de llevar a cabo funciones de enrutamiento de Capa 3, con lo cual se reduce la necesidad de colocar routers dedicados en una LAN. Dado que los switches de Capa 3 cuentan con un hardware de conmutación especializado, pueden normalmente enviar datos con la misma rapidez con la que pueden conmutar.

Figura 1

Figura 2

2. Cisco Express Forwarding

Los dispositivos Cisco que admiten conmutación de capa 3 utilizan Cisco Express Forwarding (CEF). Este método de reenvío es muy complejo, pero afortunadamente, como sucede con todas las buenas tecnologías, gran parte de lo que sucede se produce “detrás de escena”. Por lo general, CEF requiere muy poca configuración en los dispositivos Cisco.

Básicamente, CEF desacopla la interdependencia estricta habitual entre la toma de decisiones de capa 2 y de capa 3. Lo que lentifica el reenvío de paquetes IP es la referencia constante en ambos sentidos entre las construcciones de capa 2 y capa 3 dentro de un dispositivo de red. Entonces, en la medida en que se puedan desacoplar las estructuras de datos de capa 2 y la capa 3, se acelera el reenvío.

Los dos componentes principales de la operación de CEF son los siguientes:

• Base de información de reenvío (FIB)
• Tablas de adyacencia

La FIB es conceptualmente similar a una tabla de enrutamiento. Un router utiliza la tabla de enrutamiento para determinar el mejor camino hacia una red de destino sobre la base de la porción de red de la dirección IP de destino. Con CEF, la información que antes se almacenaba en la caché de la ruta se almacena ahora en varias estructuras de datos para la conmutación CEF. Las estructuras de datos proporcionan búsquedas optimizadas para un reenvío de paquetes eficaz. Los dispositivos de red utilizan la tabla de búsqueda de FIB para tomar decisiones de conmutación basadas en el destino sin tener que acceder a la caché de la ruta.

La FIB se actualiza cuando se producen cambios en la red y contiene todas las rutas conocidas hasta ese momento.

La tabla de adyacencia mantiene las direcciones de siguiente salto de la capa 2 para todas las entradas de FIB.

La separación de la información de posibilidad de conexión (en la tabla FIB) y de la información de reenvío (en la tabla de adyacencia), ofrece varias ventajas:

• La tabla de adyacencia se puede crear independientemente de la tabla FIB, lo que permite que ambas se creen sin que haya paquetes en proceso de conmutación.
• La reescritura del encabezado MAC utilizada para reenviar paquetes no se almacena en las entradas de caché, por lo tanto, los cambios en una cadena de reescritura de encabezado MAC no requiere la invalidación de las entradas de caché.

CEF está habilitado de manera predeterminada en la mayoría de los dispositivos Cisco que realizan conmutación de capa 3.

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Comparación de configuración fija y configuración modular y Opciones de módulos para ranuras de switches Cisco - CCNA1 V5 - CISCO C5

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1. Comparación de configuración fija y configuración modular

Al seleccionar un switch, es importante comprender las características clave de las opciones de switches disponibles. Esto significa que es necesario tomar decisiones sobre las características, por ejemplo, si es necesario que tenga alimentación por Ethernet (PoE) o cuál es la “velocidad de reenvío” preferida.

Como se muestra en la figura 1, PoE permite que un switch suministre alimentación a un dispositivo, como teléfonos IP y algunos puntos de acceso inalámbrico, a través de los cables de Ethernet existentes. Esto proporciona mayor flexibilidad de instalación.

Las tasas de reenvío definen las capacidades de procesamiento de un switch mediante la estimación de la cantidad de datos que este puede procesar por segundo. Las líneas de productos con switch se clasifican según las velocidades de reenvío.

Los switches de la capa de entrada presentan velocidades inferiores que los switches de la capa empresarial. Otras consideraciones incluyen si el dispositivo es apilable o no apilable, así como el grosor del switch (expresado en cantidad de unidades en bastidor) y la densidad de puertos, o la cantidad de puertos disponibles en un único switch. La densidad de puertos de un dispositivo puede variar, lo que depende de si el dispositivo es de configuración fija o un dispositivo modular.

Con frecuencia estas opciones se denominan factores de forma del switch.

Switches de configuración fija

Los switches de configuración fija son sólo lo que podría esperarse: fijos en su configuración. Esto significa que no se pueden agregar características u opciones al switch más allá de las que originalmente vienen con él. El modelo en particular que se compra determina las características y opciones disponibles. Por ejemplo, si se adquiere un switch fijo gigabit de 24 puertos, no se pueden agregar puertos cuando se les necesite. Habitualmente, existen diferentes opciones de configuración que varían en cuanto al número y al tipo de puertos incluidos.

Switches modulares

Los switches modulares ofrecen más flexibilidad en su configuración. Habitualmente, los switches modulares vienen con chasis de diferentes tamaños que permiten la instalación de diferentes números de tarjetas de líneas modulares. Las tarjetas de línea son las que contienen los puertos. La tarjeta de línea se ajusta al chasis del switch de igual manera que las tarjetas de expansión se ajustan en la PC. Cuanto más grande es el chasis, más módulos puede admitir. Como se observa en la figura, es posible elegir entre muchos tamaños de chasis diferentes. Si se compró un switch modular con una tarjeta de línea de 24 puertos, con facilidad se podría agregar una tarjeta de línea de 24 puertos para hacer que el número de puertos ascienda a 48.

En la figura 2, se muestran ejemplos de switches de configuración fija, modular y apilable.

Figura 1

Figura 2

2. Opciones de módulos para ranuras de switches Cisco

Las líneas de productos de switches Cisco se utilizan a gran escala en todo el mundo, en gran parte debido a la flexibilidad que proporcionan para opciones complementarias. Cisco IOS no solo tiene el conjunto más completo de características disponibles en relación con cualquier otro sistema operativo de red, sino que además el IOS está diseñado a la medida de cada dispositivo de red de Cisco, en especial, los switches.

Para ilustrar las opciones disponibles, que son realmente demasiadas para enumerarlas aquí, nos enfocamos en los switches Catalyst 3560. Los switches Catalyst 3560 tienen puertos de factor de forma conectable pequeño (SFP) que admiten una cantidad de módulos de transceptor SFP. Aquí se presenta una lista de los módulos SFP admitidos en uno o más tipos de switches 3560:

Módulos SFP Fast Ethernet:

• 100BASE-FX (fibra óptica multimodo [MMF]) para 2 km
• 100BASE-LX10 (fibra óptica monomodo [SMF]) para 2 km
• 100BASE-BX10 (SMF) para 10 km
• 100BASE-EX (SMF) para 40 km
• 100BASE-ZX (SMF) para 80 km

Módulos SFP Gigabit Ethernet:

• 1000BASE-SX de 50/62,5 μm (MMF), hasta 550/220 m
• 1000BASE-LX/LH (SMF/MMF), hasta 10 km/0,550 km, respectivamente
• 1000BASE-ZX (SMF), hasta 70 km
• 1000BASE-BX10-D y 1000BASE-BX10-U (SMF), hasta 10 km
• 1000BASE-T (transceptor de hilos de cobre)

Módulos SFP de 10 Gigabit Ethernet:

• 10G-SR (MMF), hasta 400 m
• 10G-SR-X (MMF), hasta 400 m (admiten un intervalo de temperatura extendido)
• 10G-LRM (MMF), hasta 220 m
• FET-10G (MMF), hasta 100 m (para uplinks de estructura Nexus)
• 10G-LR (SMF), hasta 10 km
• 10G-LR-X (SMF), hasta 10 km (admiten un intervalo de temperatura extendido)
• 10G-ER (SMF), hasta 40 km
• 10G-ZR (SMF), hasta 80 km
• Cable de conductores axiales retorcidos (transceptor de hilos de cobre), hasta 10 m
• Fibra óptica activa, hasta 10 m (para conexiones entre bastidores e intrabastidor)

Los módulos 40 Gigabit Ethernet y 100 Gigabit Ethernet son compatibles con los dispositivos Cisco de alta gama, como Catalyst 6500, el router CRS, el router de la serie ASR 9000 y el switch de la serie Nexus 7000.

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Conmutación por método de corte y Almacenamiento en búfer de memoria en switches - CCNA1 V5 - CISCO C5

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1. Conmutación por método de corte

En este tipo de conmutación, el switch actúa sobre los datos apenas los recibe, incluso si la transmisión aún no se ha completado. El switch recopila en el búfer sólo la información suficiente de la trama como para leer la dirección MAC de destino y así determinar a qué puerto debe reenviar los datos. La dirección MAC de destino se encuentra en los primeros 6 bytes de la trama después del preámbulo. El switch busca la dirección MAC de destino en su tabla de conmutación, determina el puerto de la interfaz de salida y reenvía la trama a su destino mediante el puerto de switch designado. El switch no lleva a cabo ninguna verificación de errores en la trama. Dado que el switch no tiene que esperar que la trama se almacene de manera completa en el búfer y que no realiza ninguna verificación de errores, la conmutación por método de corte es más rápida que la de almacenamiento y envío. No obstante, al no llevar a cabo ninguna verificación de errores, el switch reenvía tramas dañadas a través de la red. Las tramas dañadas consumen ancho de banda mientras se reenvían. Al final, la NIC de destino descarta las tramas dañadas.

A continuación, se presentan dos variantes de la conmutación por método de corte:

• Conmutación por envío rápido: este tipo de conmutación ofrece el nivel más bajo de latencia. La conmutación por envío rápido reenvía el paquete inmediatamente después de leer la dirección de destino. Como la conmutación por envío rápido comienza a reenviar el paquete antes de haberlo recibido en forma completa, es probable que a veces los paquetes se entreguen con errores. Esto ocurre con poca frecuencia y el adaptador de red de destino descarta los paquetes defectuosos en el momento de su recepción. En el modo de envío rápido, la latencia se mide desde el primer bit recibido hasta el primer bit transmitido. La conmutación por envío rápido es el típico método de corte.
• Conmutación libre de fragmentos: en este método, el switch almacena los primeros 64 bytes de la trama antes de hacer el reenvío. Este tipo de conmutación se puede definir como un punto intermedio entre la conmutación por almacenamiento y envío y la conmutación por método de corte. 

El motivo por el cual la conmutación libre de fragmentos almacena sólo los primeros 64 bytes de la trama es que la mayoría de los errores y las colisiones de la red se producen en esos primeros 64 bytes. El método de conmutación libre de fragmentos intenta mejorar la conmutación por envío rápido mediante una pequeña verificación de errores en los primeros 64 bytes de la trama, a fin de asegurar que no se hayan producido colisiones antes de reenviar la trama. La conmutación libre de fragmentos es un punto intermedio entre el alto nivel de latencia y la gran integridad que ofrece la conmutación por almacenamiento y envío, y el bajo nivel de latencia y la integridad reducida que brinda la conmutación por envío rápido.

En la ilustración, se muestra un ejemplo de conmutación por método de corte.

Algunos switches se configuran para realizar una conmutación por método de corte por puerto hasta llegar a un umbral de error definido por el usuario y luego cambian la conmutación al modo de almacenamiento y envío. Si el índice de error está por debajo del umbral, el puerto vuelve automáticamente a la conmutación por método de corte.

2. Almacenamiento en búfer de memoria en switches

Según lo analizado, un switch examina parte de un paquete, o su totalidad, antes de reenviarlo al host de destino. Un switch Ethernet puede usar una técnica de bufferes para almacenar tramas antes de enviarlas. El almacenamiento en buffers también puede utilizarse cuando el puerto de destino está ocupado debido a una congestión. El switch almacena la trama hasta el momento en que pueda transmitirse.

Como se muestra en la ilustración, existen dos métodos de almacenamiento en búfer de memoria: el método basado en puerto y el de memoria compartida.

Búfer de memoria basada en puerto

En el búfer de memoria basado en puerto, las tramas se almacenan en colas conectadas a puertos de entrada y de salida específicos. Una trama se transmite al puerto de salida una vez que todas las tramas que están delante de ella en la cola se hayan transmitido con éxito. Es posible que una sola trama retarde la transmisión de todas las tramas almacenadas en la memoria debido al tráfico del puerto de destino. Este retraso se produce aunque las demás tramas puedan transmitirse a puertos de destino abiertos.

Almacenamiento en búfer de memoria compartida

El búfer de memoria compartida deposita todas las tramas en un búfer de memoria común que comparten todos los puertos del switch. La cantidad de memoria de búfer que requiere un puerto se asigna de forma dinámica. Las tramas en el búfer se vinculan de forma dinámica al puerto de destino. Esto permite que se pueda recibir el paquete por un puerto y se pueda transmitir por otro puerto, sin tener que colocarlo en otra cola.

El switch conserva un mapa de enlaces de trama a puerto que indica dónde debe transmitirse el paquete. El enlace del mapa se elimina una vez que la trama se ha transmitido con éxito. La cantidad de tramas almacenadas en el búfer se encuentra limitada por el tamaño del búfer de memoria en su totalidad y no se limita a un solo búfer de puerto. Esto permite la transmisión de tramas más amplias y que se descarte una menor cantidad de ellas. Esto es muy importante para la conmutación asimétrica.

La conmutación asimétrica permite diferentes velocidades de datos en diferentes puertos. Esto permite que se dedique más ancho de banda a ciertos puertos, como un puerto conectado a un servidor.

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Métodos de reenvío de tramas en switches Cisco - CCNA1 V5 - CISCO C5

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1. Métodos de reenvío de tramas en switches Cisco

Anteriormente, los switches solían utilizar uno de los siguientes métodos de reenvío para conmutar datos entre los puertos de la red:

• Conmutación por almacenamiento y envío
• Conmutación por método de corte

En la figura 1, se destacan las diferencias entre estos dos métodos.

En este tipo de conmutación, cuando el switch recibe la trama la almacena en los búferes de datos hasta recibir la trama en su totalidad. Durante el proceso de almacenamiento, el switch analiza la trama para buscar información acerca de su destino. En este proceso, el switch también lleva a cabo una verificación de errores utilizando la porción del tráiler de comprobación de redundancia cíclica (CRC) de la trama de Ethernet.

La CRC utiliza una fórmula matemática, basada en la cantidad de bits (1) de la trama, para determinar si ésta tiene algún error. Después de confirmar la integridad de la trama, ésta se envía desde el puerto correspondiente hasta su destino. Cuando se detecta un error en la trama, el switch la descarta. El proceso de descarte de las tramas con errores reduce la cantidad de ancho de banda consumido por datos dañados. La conmutación por almacenamiento y envío se requiere para el análisis de calidad de servicio (QoS) en las redes convergentes, en donde se necesita una clasificación de la trama para decidir el orden de prioridad del tráfico. Por ejemplo: los flujos de datos de voz sobre IP deben tener prioridad sobre el tráfico de exploración Web.

En la figura 2, se muestra secuencialmente una demostración del proceso de almacenamiento y envío. El método de almacenamiento y envío es el único método de reenvío que se utiliza en los modelos actuales de los switches Cisco Catalyst.

Figura 1

Figura 2

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Configuración de Dúplex y MDIX automática - CCNA1 V5 - CISCO C5

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1. Configuración de Dúplex

Si bien los switches son transparentes para los protocolos de red y las aplicaciones de usuario, pueden funcionar en modos diferentes que pueden tener tanto efectos positivos como negativos al reenviar tramas de Ethernet en una red. Una de las configuraciones más básicas de un switch es la configuración de dúplex de cada puerto individual conectado a cada dispositivo host.

Los puertos en los switches debe estar configurados para coincidir con la configuración de dúplex del tipo de medio. Existen dos tipos de configuraciones de dúplex que se utilizan para las comunicaciones en una red Ethernet: half duplex y full duplex.

Half duplex

La comunicación half-duplex se basa en un flujo de datos unidireccional en el que el envío y la recepción de datos no se producen al mismo tiempo. Esto es similar a la función de las radios de dos vías o dos walki-talkies en donde una sola persona puede hablar a la vez. Si una persona habla mientras lo hace la otra, se produce una colisión.

Por ello, la comunicación half-duplex implementa el CSMA/CD con el objeto de reducir las posibilidades de que se produzcan colisiones y detectarlas en caso de que se presenten. Las comunicaciones half-duplex presentan problemas de funcionamiento debido a la constante espera, ya que el flujo de datos sólo se produce en una dirección a la vez. Las conexiones half-duplex suelen verse en los dispositivos de hardware más antiguos, como los hubs.

Los nodos que están conectados a los hubs y que comparten su conexión con un puerto de un switch deben funcionar en el modo half-duplex porque las computadoras finales deben tener la capacidad de detectar las colisiones. Los nodos pueden funcionar en el modo half-duplex si la tarjeta NIC no puede configurarse para hacerlo en full duplex. En este caso, el puerto del switch también adopta el modo half-duplex predeterminado. Debido a estas limitaciones, la comunicación full-duplex ha reemplazado a la half duplex en los elementos de hardware más modernos.

Full duplex

En las comunicaciones full-duplex el flujo de datos es bidireccional, por lo tanto la información puede enviarse y recibirse al mismo tiempo. La capacidad bidireccional mejora el rendimiento, dado que reduce el tiempo de espera entre las transmisiones. Actualmente, la mayoría de las tarjetas NIC Ethernet, Fast Ethernet y Gigabit Ethernet disponibles en el mercado proporciona capacidad full-duplex. En el modo full-duplex, el circuito de detección de colisiones se encuentra desactivado. Las tramas enviadas por los dos nodos finales conectados no pueden colisionar, dado que éstos utilizan dos circuitos independientes en el cable de la red. Cada conexión full-duplex utiliza un solo puerto. Las conexiones full-duplex requieren un switch que admita esta modalidad o bien una conexión directa entre dos nodos compatibles con el modo full duplex. 

Los nodos que se conecten directamente al puerto de un switch dedicado con tarjetas NIC capaces de admitir full duplex deben conectarse a puertos que estén configurados para funcionar en el modo full-duplex.

La figura muestra los dos parámetros dúplex que están disponibles en los equipos de red modernos.

Los switches Cisco Catalyst admiten tres configuraciones dúplex:

• La opción full establece el modo full-duplex.
• La opción half establece el modo half-duplex.
• La opción auto establece el modo autonegociación de dúplex. Cuando este modo se encuentra habilitado, los dos puertos se comunican para decidir el mejor modo de funcionamiento.

Para los puertos 10/100/1000 y Fast Ethernet la opción predeterminada es auto. Para los puertos 100BASE-FX, la opción predeterminada es full. Los puertos 10/100/1000 funcionan tanto en el modo half-duplex como en el full-duplex cuando se establecen en 10 ó 100 Mb/s, pero sólo funcionan en el modo full-duplex cuando se establecen en 1000 Mb/s.

2. MDIX automática

Además de tener la configuración de dúplex correcta, también es necesario tener el tipo de cable adecuado definido para cada puerto. Antes, las conexiones entre dispositivos específicos, como las conexiones switch a switch, switch a router, switch a host y router a host, requerían el uso de tipos de cables específicos (de conexión cruzada o de conexión directa). Ahora, en cambio, la mayoría de los dispositivos de switch admiten el comando de configuración de interfazmdix auto en la CLI para habilitar la característica automática de conexión cruzada de interfaz dependiente del medio (MDIX automática o auto-MDIX).

Al habilitar la función auto-MDIX, el switch detecta el tipo de cable que se requiere para las conexiones Ethernet de cobre y, conforme a ello, configura las interfaces. Por lo tanto, se puede utilizar un cable de conexión directa o cruzada para realizar la conexión con un puerto 10/100/1000 de cobre situado en el switch, independientemente del tipo de dispositivo que esté en el otro extremo de la conexión.

La función auto-MDIX se habilita de manera predeterminada en los switches que ejecutan el software Cisco IOS, versión 12.2(18)SE o posterior. En el caso de las versiones existentes entre Cisco IOS, versión 12.1(14)EA1 y 12.2(18)SE, la función auto-MDIX se encuentra deshabilitada de manera predeterminada.

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Aspectos básicos de los puertos de switch y Tabla de direcciones MAC del switch - CCNA1 V5 - CISCO C5

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1. Aspectos básicos de los puertos de switch

Recuerde que la topología lógica de una red Ethernet es un bus de multiacceso en el que todos los dispositivos comparten el acceso al mismo medio. Esta topología lógica determina la forma en que los hosts de la red ven y procesan las tramas enviadas y recibidas en la red. Sin embargo, en la actualidad, la topología física de la mayor parte de las redes Ethernet es en estrella y en estrella extendida. Esto significa que, en la mayoría de las redes Ethernet, los dispositivos finales se suelen conectar a un switch LAN de capa 2 de forma punto a punto.

Los switches LAN de capa 2 llevan a cabo los procesos de conmutación y filtrado basándose solamente en la dirección MAC de la capa de enlace de datos (capa 2) del modelo OSI. El switch es completamente transparente para los protocolos de red y las aplicaciones de usuario. Los switches de capa 2 crean una tabla de direcciones MAC que utilizan para tomar decisiones de reenvío. Los switches de capa 2 dependen de los routers para pasar datos entre subredes IP independientes.

2. Tabla de direcciones MAC del switch

Los switches emplean direcciones MAC para dirigir las comunicaciones de red a través de su estructura al puerto correspondiente hasta el nodo de destino. La estructura del switch son los circuitos integrados y la programación de máquina adjunta que permite controlar las rutas de datos a través del switch. El switch debe primero saber qué nodos existen en cada uno de sus puertos para poder definir cuál será el puerto que utilizará para transmitir una trama unicast.

El switch determina cómo manejar las tramas de datos entrantes mediante una tabla de direcciones MAC. El switch genera su tabla de direcciones MAC grabando las direcciones MAC de los nodos que se encuentran conectados en cada uno de sus puertos. Una vez que la dirección MAC de un nodo específico en un puerto determinado queda registrada en la tabla de direcciones, el switch ya sabe enviar el tráfico destinado a ese nodo específico desde el puerto asignado a dicho nodo para posteriores transmisiones.

Cuando un switch recibe una trama de datos entrantes y la dirección MAC de destino no figura en la tabla, éste reenvía la trama a todos los puertos excepto al que la recibió en primer lugar. Cuando el nodo de destino responde, el switch registra la dirección MAC de éste en la tabla de direcciones del campo dirección de origen de la trama.

En las redes que cuentan con varios switches interconectados, las tablas de direcciones MAC registran varias direcciones MAC para los puertos que conectan los switches que reflejan los nodos de destino. Generalmente, los puertos de los switches que se utilizan para interconectar dos switches cuentan con varias direcciones MAC registradas en la tabla de direcciones.

Para ver cómo funciona, consulte cada uno de los pasos en las figuras 1 a 6.

A continuación se describe este proceso:

Paso 1. El switch recibe una trama de broadcast de la PC1 en el Puerto 1.

Paso 2. El switch ingresa la dirección MAC de origen y el puerto del switch que recibió la trama en la tabla de direcciones.

Paso 3. Dado que la dirección de destino es broadcast, el switch satura todos los puertos enviando la trama, excepto el puerto que la recibió.

Paso 4. El dispositivo de destino responde al broadcast con una trama de unicast dirigida a la PC1.

Paso 5. El switch introduce en la tabla de direcciones la dirección MAC de origen de la PC2 y el número del puerto de switch que recibió la trama. En la tabla de direcciones MAC pueden encontrarse la dirección de destino de la trama y su puerto asociado.

Paso 6. Ahora el switch puede enviar tramas entre los dispositivos de origen y destino sin saturar el tráfico, ya que cuenta con entradas en la tabla de direcciones que identifican a los puertos asociados.

Nota: en ocasiones, la tabla de direcciones MAC se denomina “tabla de memoria de contenido direccionable” (CAM). Si bien el término “tabla CAM” es bastante común, para el propósito de este curso la denominaremos “tabla de direcciones MAC”.

Figura 1

Figura 2

Figura 3

Figura 4

Figura 5

Figura 6

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Cómo puede ocasionar problemas el protocolo ARP y Mitigación de problemas de ARP - CCNA1 V5 - CISCO C5

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1. Cómo puede ocasionar problemas el protocolo ARP

En la ilustración, se muestran dos problemas potenciales con el protocolo ARP.

Sobrecarga en los medios

Todos los dispositivos de la red local reciben y procesan una solicitud de ARP debido a que es una trama de broadcast. En una red comercial típica, estos broadcasts tendrían probablemente un impacto mínimo en el rendimiento de la red. Sin embargo, si un gran número de dispositivos se encendiera y todos comenzaran a acceder a los servicios de la red al mismo tiempo, podría haber una disminución del rendimiento durante un período de tiempo breve. Por ejemplo, si todos los estudiantes de una práctica de laboratorio inician sesión en computadoras del aula e intentan acceder a Internet al mismo tiempo, podría haber demoras. Sin embargo, una vez que los dispositivos envían los broadcasts de ARP iniciales y que aprenden las direcciones MAC necesarias, se minimizará todo impacto en la red.

Seguridad

En algunos casos, el uso del ARP puede ocasionar un riesgo potencial de seguridad. La suplantación o el envenenamiento ARP es una técnica que utiliza un atacante para introducir una asociación de direcciones MAC incorrecta en una red emitiendo respuestas ARP falsas. El individuo falsifica la dirección MAC de un dispositivo y de esta manera las tramas pueden enviarse a la dirección equivocada.

Configurar manualmente asociaciones ARP estáticas es una manera de impedir la suplantación de identidad de ARP. Las direcciones MAC autorizadas pueden configurarse en algunos dispositivos de red para que limiten el acceso a la red para sólo los dispositivos indicados.

2. Mitigación de problemas de ARP

Los switches modernos pueden mitigar los problemas de broadcast y de seguridad relacionados con ARP. Los switches Cisco admiten varias tecnologías de seguridad diseñadas específicamente para mitigar problemas de Ethernet relacionados con los broadcasts, en general, y con ARP, en particular.

Los switches proporcionan la segmentación de LAN, ya que las dividen en dominios de colisiones independientes. Cada puerto de un switch representa un dominio de colisiones distinto y proporciona el ancho de banda de medio completo al nodo o a los nodos conectados a dicho puerto.

Si bien los switches no impiden de manera predeterminada que los broadcasts se propaguen a los dispositivos conectados, aíslan las comunicaciones unicast de Ethernet de modo que solamente las “escuchen” el dispositivo de origen y de destino.

Entonces, si hay una gran cantidad de solicitudes de ARP, cada respuesta de ARP tendrá lugar solamente entre dos dispositivos.

Con respecto a la mitigación de diferentes tipos de ataques de broadcast, a los que las redes Ethernet son propensas, los ingenieros de red implementan tecnologías de seguridad de switches de Cisco, como listas de acceso y seguridad de puertos especializadas.

Espero haber ayudado en algo. Hasta la próxima oportunidad!

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Eliminación de entradas de una tabla ARP y Tablas ARP en dispositivos de red - CCNA1 V5 - CISCO C5

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1. Eliminación de entradas de una tabla ARP

Para cada dispositivo, un temporizador de caché ARP elimina las entradas ARP que no se hayan utilizado durante un período de tiempo especificado. Los tiempos difieren dependiendo del dispositivo y su sistema operativo. Por ejemplo: algunos sistemas operativos de Windows almacenan las entradas de caché ARP por 2 minutos. Si la entrada se utiliza nuevamente durante ese tiempo, el temporizador ARP para esa entrada se extiende a 10 minutos.

También pueden utilizarse comandos para eliminar manualmente todas o algunas de las entradas de la tabla ARP. Después de eliminar una entrada, el proceso para enviar una solicitud de ARP y recibir una respuesta de ARP debe ocurrir nuevamente para ingresar la asignación en la tabla ARP.

Cada dispositivo tiene un comando específico del sistema operativo para eliminar el contenido de la caché ARP. Estos comandos de ninguna manera invocan la ejecución de ARP, sino que, simplemente, eliminan las entradas de la tabla ARP. El dispositivo integra el servicio ARP dentro del protocolo IPv4 y lo implementa. Su funcionamiento es transparente para aplicaciones y usuarios de capa superior.

Como se muestra en la ilustración, a veces es necesario eliminar una entrada de tabla ARP.

2. Tablas ARP en dispositivos de red

En un router Cisco, se utiliza el comando show ip arp para mostrar la tabla ARP, como se muestra en la figura 1.

En una PC con Windows 7, se utiliza el comando arp -a para mostrar la tabla ARP, como se muestra en la figura 2.

Figura 1

Figura 2

Espero haber ayudado en algo. Hasta la próxima oportunidad!

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