Cableado estructurado y hardware de redes

Universidad CAECETeleprocesos y Redes

Angeles AndrenacciJuan Martín Fernández Szutner

Alejandro GutteroMariano Hansen

Cynthia Presser CarnePablo Stählhamer

Cableado estructurado y Hardware de Redes

Revisión:Giselle AbuliakMariana Franza

Alfredo TommasiniMarcelo Zenga

Buenos Aires, agosto de 1998

Teleprocesos y Redes Cableado Estructurado y Hardware de Redes

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Indice

Cableado estructurado ......................................................................4Estandarización y normalización.........................................................................4Ventajas del Cableado Estructurado ...................................................................5Consideraciones del diseño de redes...................................................................5Integración Inteligente...........................................................................................6Incremento de las velocidades de transmisión ..................................................7Ejemplo de un Sistema de Cableado Estructurado Típico ...............................7Cableado Horizontal..............................................................................................8

Cables utilizados en el Cableado Horizontal ...........................................9Distancias ......................................................................................................9Esquemas de Cableado Horizontal .........................................................10

Cableado Vertical - Columna Vertebral (Backbone) .......................................11Cables Reconocidos ...................................................................................11Distancias a cubrir......................................................................................11Backbone Concentrado..............................................................................12

Medios de transmisión ....................................................................14Principales medios de transmisión usados en redes de área local................14

Líneas aéreas...............................................................................................14Par trenzado sin blindar (UTP) ................................................................15Par trenzado blindado (STP) ....................................................................16Clasificación................................................................................................16Cable Coaxil................................................................................................16Fibra óptica .................................................................................................18

Hardware de Redes..........................................................................19NICs (Network Interface Cards) ........................................................................19Repetidores............................................................................................................20Bridges ...................................................................................................................21

Nuevas Características ..............................................................................22Operatoria de transformación de frames................................................23Operatoria del Bridge................................................................................23El problema de la formación de loops en un bridge .............................24Configuraciones de bridge........................................................................24

Ruteadores.............................................................................................................25Operaciones básicas de un ruteador .......................................................26Clasificación de ruteadores.......................................................................27Protocolos de ruteo ....................................................................................27Tipos de protocolos de ruteo....................................................................28Ejemplo en el ruteo de datos ....................................................................28Alternativas en el Ruteo de Paquetes......................................................29

Diferencias entre Ruteadores y Puentes............................................................29Pasarelas ................................................................................................................30


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Definición de pasarela...............................................................................30Hubs .......................................................................................................................30

Hubs inteligentes .......................................................................................31Proceso de Cascadeo..................................................................................31Segmentación de la red .............................................................................32

Switching Hubs ....................................................................................................33Switches de capa 2 .....................................................................................33Crosspoint ...................................................................................................33Store and Forward .....................................................................................34Arquitectura del switch.............................................................................35


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Cableado estructurado

Las necesidades crecientes de las empresas han llevado a losproveedores de Tecnología y Servicio a establecer sistemas de cableadoque soporten diferentes servicios y protocolos a través de un mismomedio.

El cableado estructurado es una tecnología que permite, mediante unsistema integrado de cables y elementos de conexión, satisfacer todas lasnecesidades de comunicación en un edificio.

Basa su diseño en estándares internacionales, permitiendo a las variadasaplicaciones de Telefonía, Redes de Computación, Sistemas deClimatización, Control de Iluminación y Acceso, Vídeo de Seguridad,Distribución de CATV, etc., usar la misma plataforma física.

Su alta capacidad para transmitir señales permite incorporar nuevossistemas con demandas de velocidad y ancho de banda cada vezmayores. Da una gran flexibilidad para la incorporación de nuevosusuarios y el traslado o reubicación de los ya existentes. Se estima queen un lapso de cinco años en un edificio típico todos los ocupantescambian de posición su puestos de trabajo.

El bajo costo de mantenimiento comparado con un sistema de cableadotradicional, sumado a la facilidad para incorporar nuevas y variadastecnologías, hacen de un Sistema de Cableado Estructurado laplataforma ideal sobre la que se montan los denominados “edificiosinteligentes”.

El Sistema de Cableado Estructurado utiliza una topología en estrella, lacual facilita las expansiones al permitir que se agreguen nuevasestaciones desde un nodo central. Los reordenamientos y cambiosafectan sólo a aquellos enlaces que están siendo alterados, ya que cadaenlace al nodo es independiente de los demás.

Estandarización y normalización

Los estándares son necesarios para:

• Un ambiente de cómputo y comunicación es un medio enconstante cambio

• Las plataformas cambian cada 6 a 9 meses

• Un estándar reduce el problema de incompatibilidad

Los mismos son regulados por:

• ANSI: American National Standards Institute

• EIA: Electronic Industries Association


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• TIA: Telecommunication Industry Association

• CSA: Canadian Standards Association

• US TAG: US Technical Advisory Group (responsable de laspolíticas de USA ante la ISO)

• ISO: International Organization for Standardization

Ventajas del Cableado Estructurado

Un sistema de cableado estructurado se define por oposición a losproblemas del cableado no estructurado, no estándar o cerrado, opropietario de un determinado fabricante.

Un “sistema de cableado abierto” por otro lado, es un sistema decableado estructurado que está diseñado para ser independiente delproveedor y de la aplicación a la vez.

Las características claves de un sistema de cableado abierto son quetodos las outlets (salidas para conexión) del área de trabajo sonidénticamente conectados en estrella a algún punto de distribucióncentral, usando una combinación de medio y hardware que puedeaceptar cualquier necesidad de aplicación que pueda ocurrir a lo largode la vida del cableado, la que se estima en alrededor de diez años.

Estas características del sistema de cableado abierto ofrecen tres ventajasprincipales al dueño o usuario:

a) Debido a que el sistema de cableado es independiente de laaplicación y del proveedor, los cambios en la red y en elequipamiento pueden realizarse por los mismos cablesexistentes.

b) Debido a que los outlets están cableados de igual forma, losmovimientos de personal pueden hacerse sin modificar la basede cableado.

c) La localización de los hubs y concentradores de la red en unpunto central de distribución, en general un closet detelecomunicaciones, permite que los problemas de cableado o dered sean detectados y aislados fácilmente sin tener que parar elresto de la red.

Consideraciones del diseño de redes

En todos los ambientes de trabajo conviven diferentes sistemas yservicios, inimaginables en años pasados. Los cambios tecnológicos sonconstantes. Las empresas deben mirar al futuro y predecir susnecesidades durante los próximos cinco, diez y hasta quince años, demanera de establecer las estrategias de desarrollo.


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Si bien el cambio tecnológico puede ser más rápido de lo que podemosplanear, esto no debiera causar trastornos.

En cualquier edificio, todos los sistemas de comunicaciones basan sufuncionamiento en la red de cableado del edificio, que pasa a integrar lainfraestructura de éste. Se debe entender que el cableado que se instalaen un edificio no es tan sólo un mal menor que no se puede evitar, sinoque, por el contrario, es parte fundamental de su infraestructura, quepermitirá mejorar los resultados del negocio y el ambiente de trabajo.

Primero, la posibilidad de reducir costos en dos áreas del proyecto de unedificio, como son la construcción del edificio y los costos operacionales;y segundo, reglas básicas sobre como proteger la inversión de sistemas yservicios.

En la etapa de diseño de un edificio no siempre es posible tener claridadtotal respecto de la ubicación de los distintos servicios, además, esnecesario tener la capacidad de responder en forma dinámica y eficaz alcambio en la provisión de los mismos. Esto hace necesario que laplataforma física de comunicaciones del edificio sea un Sistema deCableado Estructurado.

Algunos de los típicos servicios que se entregan en un edificio son:

• Telefonía

• Redes de Area Local

• Aparatos de detección de incendio

• Control de acceso

• Sensores de automatización de aire acondicionado

• Control de iluminación

• Distribución de vídeo

El mayor beneficio de la integración de los sistemas es el podergarantizar bajo un único sistema de cableado la operación de todos losservicios, con la consecuente reducción en materiales, mano de obra ytiempos de prueba de las instalaciones.

Integración Inteligente

Los factores que tienen gran incidencia en el grado de integracióninteligente deben ser evaluados en las primeras etapas de un proyecto.Estos factores son los siguientes:

• Menores costos de operación vs. mayor inversión inicial

• Gran flexibilidad vs. seguridad en la administración

• Enfoque unificado de sistemas vs. sistemas tradicionalmenteseparados


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Incremento de las velocidades de transmisión

Los requerimientos de ancho de banda para redes de área local se vanincrementando constantemente. Hace una década, velocidades detransmisión de 1200 bits por segundo se consideraban suficientes paraconectar ordenadores con aparatos periféricos. Actualmente es comúntener velocidades de transmisión de 10 ó 16 Mbps, y se esperanvelocidades sobre 100 Mbps en el futuro cercano como un estándarcomercial.

El cableado de un edificio se puede enfocar de dos maneras: uniforme (oestructurado) y no uniforme. Los sistemas no estructurados utilizanesquemas de cableado diferentes para cada uno de los sistemas yservicios del edificio. Los sistemas de telecomunicaciones,procesamiento de datos, control de energía, seguridad, control deincendio y otros sistemas se conectan sobre esquemas diferentes. Esto seconoce como el enfoque tradicional.

Ejemplo de un Sistema de Cableado Estructurado Típico

1. Ensambles para ConexionesProvisionales de Cables

2. Salidas de información

3. Cable Horizontal

4. Productos para Interconexión

5. Cable Principal


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Cableado Horizontal

Se define desde el área de trabajo hasta el distribuidor de piso (hub oswitch). La distancia máxima es de 90 m, y se prevén 10 m más parainterconexión (100 m en total)

El cableado horizontal incorpora el sistema de cableado que se extiendedesde la salida de área de trabajo de telecomunicaciones (Work AreaOutlet, WAO) hasta el cuarto de telecomunicaciones.

El cableado horizontal consiste de dos elementos básicos:

• Cable Horizontal y Hardware de Conexión (también llamado"cableado horizontal"). Proporcionan los medios para transportarseñales de telecomunicaciones entre el área de trabajo y el cuartode telecomunicaciones. Estos componentes son los "contenidos"de las rutas y espacios horizontales.

• Rutas y Espacios Horizontales (también llamados "sistemas dedistribución horizontal"). Las rutas y espacios horizontales sonutilizados para distribuir y soportar cable horizontal y conectarhardware entre la salida del área de trabajo y el cuarto detelecomunicaciones. Estas rutas y espacios son los "contenedores"del cableado horizontal.

El cableado horizontal incluye:

• Las salidas (cajas/placas/conectores) de telecomunicaciones enel área de trabajo. En inglés: Work Area Outlets (WAO).

• Cables y conectores de transición instalados entre las salidas delárea de trabajo y el cuarto de telecomunicaciones.


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• Paneles de empate (patch) y cables de empate utilizados paraconfigurar las conexiones de cableado horizontal en el cuarto detelecomunicaciones.

Cables utilizados en el Cableado Horizontal

ü Par Trenzado UTP 100 Ohmios sin blindaje

ü Par Trenzado STP 150 Ohmios con blindaje

ü Fibra Óptica Multimodo 62.5/125mm

Distancias


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Esquemas de Cableado Horizontal


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Cableado Vertical - Columna Vertebral (Backbone)

El propósito del cableado del backbone es proporcionar interconexionesentre cuartos de entrada de servicios de edificio, cuartos de equipo ycuartos de telecomunicaciones. El cableado del backbone incluye laconexión vertical entre pisos en edificios de varios pisos, los medios detransmisión (cables), puntos principales e intermedios de conexióncruzada y terminaciones mecánicas.

– La función del cableado vertical es la interconexión de los diferentesarmarios de comunicaciones.

– El cableado vertical es típicamente menos costoso de instalar y debepoder ser modificado con más flexibilidad.

El cableado vertical provee la interconexión de telecomunicaciones, salasde equipo e instalaciones de entrada. Consiste en los cables centrales,interconexiones intermedias y principales, terminaciones mecánicas ycables de parcheo o puentes, utilizados para interconexiones de central acentral. Esto incluye:

• Conexión vertical entre pisos (conductores verticales "riser")

• Cables entre la sala de equipo y las instalaciones de entrada delcableado del edificio

• Cableado entre edificios

Cables Reconocidos

• Cable UTP de 100 . Multipar

• Cable STP de 150 . Multipar

• Cable de múltiples Fibras Opticas 62.5/125 mm.

• Cable de múltiples Fibras Opticas Monomodo (9/125 mm).

• Combinaciones

Distancias a cubrir

Dentro del Edificio

• Cobre: 90mts

• Fibra Optica: 500 mts

Entre Edificios:

• Cobre: 800 mts

• Fibra Optica Multimodo: 2Km

• Fibra Optica Monomodo: 3Km

Las distancias centrales están sujetas a la aplicación. Las distanciasmáximas especificadas arriba están basadas en transmisión de voz paraUTP y transmisión de datos para STP y fibra. La distancia de 90 metros


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para STP corresponde a aplicaciones con un ancho de banda espectral de20 a 300 Mhz. Una distancia de 90 metros también se aplica a UTP aanchos de banda de 5 a 16 MHz para CAT 3, 10 a 20 MHz para CAT 4 y20 a 100 MHz para CAT 5.

Backbone concentrado

Con la llegada de los hubs de tercera generación, la fibra óptica y la granevolución experimentada por los routers, se llegó a una arquitectura deinterconexión mucho más flexible: el backbone concentrado.

El backbone concentrado consiste básicamente en un conjunto desegmentos de red interconectados mediante un router de altasprestaciones que, además, se encarga de las conexiones externas. Graciasa la flexibilidad del cableado estructurado, los hubs de tercerageneración y las conexiones de fibra, evitaremos utilizar múltiplesrouters. La figura del backbone es sustituida por el backplane del router.

Las principales ventajas del backbone concentrado son:

ü Backplane del router de alto rendimiento: de 300/600 Mbps a 1Gbps.

ü Menor coste: sólo tenemos un router, tenemos menos interfacesde red en total.

ü Administración y control centralizados.

Las subredes se conectan al router a través de fibra. Ésto hace que lasdistancias entre las subredes y el router puedan ser muy grandes.


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Esquemas de Cableado Vertical


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Medios de transmisión

El propósito fundamental de la estructura física de la red consiste entransportar, como flujo de bits, la información de una máquina a otra.Para realizar esta función se van a utilizar diversos medios detransmisión. Estos se pueden evaluar atendiendo a los siguientesfactores:

• Tipo de conductor utilizado.

• Velocidades máximas que pueden proporcionar (ancho debanda).

• Distancias máximas que pueden ofrecer.

• Inmunidad frente a interferencias electromagnéticas.

• Facilidad de instalación.

• Coste.

• Capacidad de soportar diferentes tecnología de nivel de enlace.

Principales medios de transmisión usados en redes de área local

Los principales soportes físicos de la transmisión para redes de árealocal son cables de los siguientes tipos: par trenzado blindado y sinblindar, cable coaxil y fibra óptica. Vamos a dar una pequeñadescripción de cada uno de ellos.

Líneas aéreas

Se trata del medio más sencillo y antiguo, que consiste en la utilizaciónde hilos de cobre o aluminio recubierto de cobre mediante los cuales seconfiguran circuitos compuestos por un par de cables. Se han heredadolas líneas ya existentes en telegrafía y telefonía aunque en la actualidadsólo se utilizan en algunas zonas rurales donde no existe ningún otrotipo de líneas.


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Par trenzado sin blindar (UTP)

Es el soporte físico más utilizado en las redes de área local, pues esbarato y su instalación es barata y sencilla. Por él se pueden efectuartransmisiones digitales (datos) o analógicas (voz). Consiste en un mazode conductores de cobre (protegidos cada conductor por un dieléctrico),que están trenzados de dos en dos para evitar al máximo la diafonía. Uncable de pares trenzados puede tener pocos o muchos pares; enaplicaciones de datos lo normal es que tengan 4 pares. Uno de susinconvenientes es la alta sensibilidad que presenta ante las interferenciaselectromagnéticas.

La categorización de estos cables fue dada por la EIA (ElectronicIndustries Association), organismo que publicó el documento TBS-36,titulado “ Boletín de sistemas técnicos - Especificaciones adicionales paracables de par trenzado sin blindaje”. En dicho documento se dan lasdiferentes especificaciones divididas por categoría de cable UTP(Unshielded Twisted Pair). También se describen las técnicas empleadaspara medir dichas especificaciones. Por ejemplo, se definen la categoría 3hasta 1 MHz, la categoría 4 hasta 20 MHz, y la categoría 5 hasta 100MHz.

Los cables de categoría 1 y 2 se utilizan para voz y transmisión de datosde baja capacidad (hasta 4 Mbps). Este tipo de cable es el idóneo paracomunicaciones telefónicas, pero las velocidades requeridas hoy en díapor las redes necesitan mejor calidad.

Los cables de categoría 3 (también conocidos como voice Grade, Cablepara voz) han sido diseñados para velocidades de hasta 10 Mbps. Sesuelle usar en redes IEEE 802.3 10 BASE-T y ATM a 25Mbps..

Los cables de categoría 4 pueden proporcionar velocidades de hasta 20Mbps. Se usan para redes IEEE 802.5 Token Ring y Ethernet 10 BASE-Tpara largas distancias.

Los cables de categoría 5 son los UTP con más prestaciones de los que sedispone hoy en día. Soporta transmisiones de datos hasta 100 Mbps paraaplicaciones como TPDDI (FDDI sobre par trenzados) y desarrollan 155Mbps en redes ATM.

Cada nivel sucesivo maximiza el traspaso de datos y minimiza las cuatrolimitaciones de las comunicaciones de datos: atenuación, crosstalk,capacidad y desajustes de impedancia.


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La diferencia entre un cable de categoría 5 y uno de Categoría 3 radicaen el plástico aislante utilizado y en un número de trenzados por metromás constante. Con esto se logra disminuir la capacidad distribuida delcable, aumentando la frecuencia de transmisión. Otra aclaraciónimportante es que la frecuencia máxima de transmisión es por par; deesta forma, las técnologías como 100VG-AnyLan pueden enviar 100Mbps en cables de categoría 3 utilizando 4 pares.

Par trenzado blindado (STP)

Suele denominarse STP (Shielded Twisted Pair) y tiene en IBM a suprincipal promotor. Como inconveniente tiene que es más caro que elUTP, pero tiene la ventaja de que puede llegar a superar la velocidad detransmisión de 100 Mbps.

Se diferencia el UTP en que los pares trenzados van recubiertos por unamalla, además del aislante exterior que poseen tanto los cables STP comolos UTP. Los conectores que suelen usar los cables de par trenzado sonRJ-45 o RJ-11.

Clasificación

• Tipo I. Es un cable de cuatro pares blindados entre sí.

• Tipo II. Es un cable similar al Tipo I, pero agrega 2 pares UTP sinblindar para telefonía.

• Tipo III. Es un cable UTP común de Categoría 3.

Los conectores para los cables de los tipos I y tipo II son especiales y selos conoce como Data Connector. Son muy voluminosos. El tipo IIIutiliza conectores RJ-45.

Cable Coaxil

Los primeros sistemas informáticos utilizaron cable coaxil para conectarterminales bobas que utilizaban los usuarios con las unidades centralesde proceso. El cable coaxil, también utilizado para las antenas y sistemasde cable de televisión, está compuesto por un conducto central, unaislante rodeándolo y una malla. Un cable coaxil se especificaprincipalmente por su impedancia característica, la cual se mide enOhms. Por ejemplo, las terminales de mainframe utilizan un cable coaxilde 93 Ohms; las redes Ethernet 10Base2, uno de 50 Ohms; y las antenasde TV, cable de 75 Ohms.

La mayor ventaja que brinda el cable coaxil es que ofrece un gran anchode banda e inmunidad al ruido a muy bajo costo. Esta fue la razón por laque fue adoptado en muchos sistemas (mainframes, redes LANs) comola primera alternativa de medio físico.


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Entre los sistemas que utilizan cable coaxil como medio físico detransmisión en forma nativa se encuantran :

• Mainframes IBM: Utilizan cable coaxil de 93 Ohms entre lasterminales de ususario y los controladores de terminal.

• Equipos Midrange IBM, como el AS/400, utiliza un cable coaxilespecial con dos conductores en lugar de uno llamado“TWINAX”. Las terminales de estos equipos se conectan unadetrás de otra (esto se denomina “daisy chain”, hasta un númerode siete por cada segmento coaxil).

• Otros equipos midrange como los WANG utilizaban dos cablescoaxiles independientes por terminal.

• Para redes LAN Ethernet existen dos tipos, ambos de 50 Ohms.Uno es más grueso y rígido, por lo tanto más dificil de instalar,llamado “Thick Ethernet” o “Ethernet grueso”. El otro, másdelgado y flexible, se denominó “Thin Ethernet”, “Thinnet” o“Ethernet fino”.

Existen distintos tipos de cables coaxiales, entre los que destacan lossiguientes:

• Cable estándar Ethernet, de tipo especial conforme a las normasIEEE 802.3 10Base5. Se denomina también “cable coaxial grueso”,y tiene una impedancia de 50 Ohmios. El conector que utiliza esdel tipo N.

• Coaxial Ethernet delgado, denominado también RG58, con unaimpedancia de 50 Ohmios. El conector utilizado es del tipo BNC.

• Cable coaxial del tipo RG 62, con una impedancia de 93 Ohmios.Es el cable estándar utilizado en la gama de equipos 3270 deIBM, y también en la red ARCNET. Usa un conector BNC.

• Cable coaxial del tipo RG59, con una impedancia de 75 Ohmios.Este tipo de cable lo utiliza, en versión doble, la red WANGNET,y dispone de conectores DNC y TNC.


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Fibra óptica

Se está utilizando cada vez más en los últimos años como soporte físicoen las redes locales y públicas. De todas formas, su coste aún siguesiendo demasiado elevado para que se utilice de forma generalizada. Enla actualidad se lo usa principalmente para conexiones entre edificios.

La fibra óptica está compuesta por un hilo de vidrio envuelto por unacapa de algodón y un revestimiento de plástico. Es necesaria laexistencia de un dispositivo activo que convierta las señales eléctricas enluz y viceversa.

Las ventajas de la fibra óptica residen en la resistencia total que ofrece ainterferencias electromagnéticas, en ser un soporte físico muy ligero y,sobre todo, a que ofrecen distancias más largas de transmisión que losanteriores soportes. Sus inconvenientes se encuentran en el coste (sobretodo en los acopladores) y en que los conectores son muy complejos.

Existen tres tipos de fibra óptica:

• Fibra óptica multimodo con salto de índice. La fibra óptica estácompuesta por dos estructuras que tienen índice de refraccióndistintas. La señal de longitud de onda no visible por el ojohumano se propaga por reflexión. Así se consigue un ancho debanda de 100 Mhz.

• Fibra óptica multimodo con índice gradual. El índice derefracción aumenta proporcionalmente a la distancia radialrespecto al eje de la fibra óptica. Es la fibra más utilizada yproporciona un ancho de banda de 1 GHz.

• Fibra óptica monomodo. Sólo se propagan los rayos paralelos aleje de fibra óptica, consiguiendo el rendimiento máximo(concretamente un ancho de banda de 50 Ghz).


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Hardware de Redes

NICs (Network Interface Cards)

Estas son las placas (compuestas por una serie de chips especiales) quese conectan sobre los slots de expansión de las computadoras, y son lasresponsables de la transmisión y recepción de los frames desde el mediode conducción.

Se conectan al medio de tres formas distintas:

• DB-15: Con el cual se conectaban las primeras placas.

• BNC (coaxil), el cual permite la conexión al cable por medio deconectores T y terminadores.

• RJ-45 : surgen del desarrollo de los cables de par trenzado

Puede suceder que se encuentren en el mercado NICs con dos o aún lostres conectores posibles los cuales, dependiendo de la instalación físicaque se disponga, brindarán alguno de los distintos servicios

Existen asimismo una diversidad de modelos de placas de red, conprecios y características que varían dependiendo de las distintascaracterísticas requeridas, como ser: la norma que implemente (Ethernet,Token-Ring); la velocidad de acceso (10 Mbps, 100Mbps, 1000Mbps); el


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medio de transmisión de la señal (coaxil, trenzado, aire); o la tecnologíaque implemente (placas para PCs, notebooks, etc.)

Además, se pueden encontrar en este nivel otros tipos de dispositivosespeciales, como por ejemplo los Print Servers, dando la posibilidad deconectar una impresora directamente a la red.

Repetidores

Otro de los componentes que se hallan al nivel de capa física son losrepetidores. Estos son dispositivos que permiten la interconexión dedistintos segmentos de la red, mejorando las características de la señal.

La función básica del repetidor es la de recibir, amplificar y retransmitirla señal que se encuentra viajando por el medio, así como también la derestaurar la simetría y posición de cada señal.

En síntesis, las operaciones de un repetidor son transparentes para losdatos y simplemente se limita a regenerar las señales.

Durante la implementación de una red de trabajo de gran envergaduraen la que es recomendable el uso de repetidores pueden surgirinconvenientes producidos por el retardo consecuente de laregeneración de la señal. Esto limita el numero de segmentos que sepueden interconectar.

Como resultado de ello surge la regla del "5-4-3". En ésta se especificaque el numero máximo de segmentos que pueden ser interconectados esde cinco ("5"), con cuatro repetidores ("4"), y donde tres denota elnúmero de nodos.


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Los tipos de repetidores varían según el medio. Se pueden ubicar losrepetidores eléctricos, los cuales reciben la señal eléctrica einmediatamente regeneran la señal. Otro tipo sería el de los dispositivoselectro-ópticos (por ejemplo los FIORL). Este último tipo de repetidoresconvierten las señales eléctricas en señales ópticas para la transmisión.La ventaja de estos repetidores está dada por la distancia que puederecorrer la señal, y por la necesidad mínima de instalación de cableado.

Los precios, al igual que la mayoría de los productos, varían según lascaracterísticas, como por ejemplo la cantidad de ports y calidad decomponentes (marca).

Bridges

Son los dispositivos que permiten la interconexión de redes LAN(similares o distintas).

Se puede observar en el modelo de referencia OSI la operatoria delbridge a nivel de capa 2 (Capa de Enlace).

Cuando comienza la operación, el bridge toma el frame transmitidosobre las LAN, al nivel de DLL. Una vez extraído el frame, se lee ladirección MAC del emisor. Esto se realiza para generar en memoria unatabla de direcciones locales.

Además, lee la dirección de destino contenida en el frame. Si éstadirección no está contenida en la tabla local, el bridge asume que esadirección pertenece a otra red (u otro segmento). En caso de contener ladirección, el bridge simplemente retransmite el frame sin alterar su ruta.

En el momento de la implementación es importante considerar dosfactores que definen la performance de los bridges:

• Tasa de filtración. Por filtración se entiende como el proceso deobtención de las direcciones contenidas en el frame, la búsquedaen la tabla, y reenvío de frame. Esta se encuentra directamenterelacionada con la performance, debido a que si la tasa defiltración es demasiado alta puede transformarse en un cuello debotella para el pasaje de tramas entre las redes o segmentos.

• Tasa de retransmisión. Es la segunda medida relacionada con laperformance de los bridges. La retransmisión es expresada en


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frames por segundo y denota la capacidad máxima de trafico deuna red hacia otra.

Nuevas Características

La funcionalidad de los puentes se caracteriza por una serie deincorporaciones en los últimos años:

• Tasa de filtrado y de retransmisión. Definen la performance debridge, son indicadores de la capacidad del bridge para laaceptación, examinación y regeneración de los frames que corresobre una red (filtrado) y transferencia del frame hacia otra reddiferente (retransmisión).

• Retransmisión selectiva. Algunos bridges poseen la capacidadde la retransmisión selectiva. Al bridge con esta características selo puede configurar para la retransmisión de frameselectivamente, sobre la base de direcciones emisora y de destinopredefinida. También se pueden desarrollar caminospredefinidos de los frames. Y además, se puede habilitar odeshabilitar la transmisión de información entre estaciones.

• Soporte de múltiples puertos. La capacidad del soporte demúltiples puertos, permitiendo la interconexión de 3 o más redeslocales.

• Frame Translation. Para interconectar diferentes tipos de redeslocales, el puente debe actuar de "traductor" entre redes.

En general se hallan dos tipos de bridges, diferenciados por el tipo deservicio que realizan:

• Transparent Bridges. Son aquellos que proveen conexión a dosredes locales pero con la misma capa DLL. El servicio deTransparent Bridge posee una alta performance para las redes


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pequeñas de pocas estaciones. Este nivel de performance decrecemientras se incrementa el número de interconexiones. La razónde esta baja en la performance se da por el método utilizado porel bridge para la retransmisión selectiva.

• Translating Bridges. Este servicio posee la habilidad de conectardos redes con distintos protocolos en la DLL. Usualmente lasredes que usan diferente tipos de DLL tienen distintos mediosfísicos de comunicación, y consecuentemente los bridges se veránobligados a poseer distintos tipos de conexiones para los ports.La performance de estos tipos de bridges se ve afectada por unaserie de operaciones que incluyen la obtención, conversión ygeneración de frames.

Operatoria de transformación de frames

Uno de los inconvenientes de la interconexión de dos redes distintas esla conversión de frames, lo que afecta directamente a la performance.

La conversión desde 802.3 hacia 802.5 puede ser realizada descartandociertas porciones del frame 802.3 que no se aplican a los frames tokenring, copiando el 802.2 LLC Protocol Data Unit (PDU) de un frame aotro, e insertando campos aplicables en los frames de Token-Ring. Ensíntesis, la conversión se realiza insertando campos, copiando ydescartando datos, pero este proceso de conversión no siempre esposible.

Operatoria del Bridge

Se examina a nivel MAC la información contenida en el frame,cargándola en una memoria interna y generando una tabla local dedirecciones (con la dirección MAC y el puerto). La tabla generada en lamemoria, además del puerto y la dirección MAC, se complementa conun dato del tipo estadístico, como por ejemplo el tiempo de ocurrencias(o del último acceso a esa dirección MAC). Este dato es de vitalimportancia dado que se utilizan para purgar las viejas direcciones, yaque estas ocupan espacio físico y tiempo de búsqueda.


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El problema de la formación de loops en un bridge

Un problema típico que se puede presentar en un bridge es la formaciónde loops, como se ve en la figura:

Este inconveniente fue solucionado por IEEE con el standard 802.1D conun algoritmo inteligente conocido como Spanning Tree Protocol (STP),que se basa en la teoría de grafos para convertir los loops en un árbolpor deshabilitación de vinculos.

Por parte de los bridges, la obtención de información de la topología laobtiene por el uso de unas tramas denominadas Bridge Protocol DataUnit (BPDU).

El bridge principal es el responsable del envío de un frame especial(denominado HELLO) en intervalos entre 1 y 10 segundos. En BPDU sedefine un llamado a la dirección MAC 800143000000, que es reconocidopor todos lo bridges.

En consecuencia, si un nuevo bridge entra a la red, dependiendo de suestado (posición en la red) se determina su papel, es decir quedependiendo de las características en donde está el nuevo bridge sedetermina si va a ser un root bridge o un bridge normal. En formasimilar, cuando un bridge es removido de la red, se dispara otro procesode reconfiguración con los bridges restantes.

Configuraciones de bridge

Se pueden ver distintas configuraciones de los bridges. Las primerasconfiguraciones dieron origen al bridge, como ser la configuración enserie o las Cascaded Bridging.

La primera no incorpora casi nada a la funcionalidad de los repetidores(salvo el direccionamiento selectivo). En cambio, la segunda es unavisión más bien administrativa (o departamental), donde se aprecia unamejoría cuando el tráfico entre segmentos, que definen la red, esmínimo.


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Una configuración mucho mas interesante es la de paralelo (o Puentesen Paralelo), en la que un bridge actúa de respaldo del otro. Estaconfiguración provee de un nivel de redundancia para vincular las dosredes e incrementa significativamente la disponibilidad de una red conrespecto de la otra. Por ejemplo, supongamos que la disponibilidad decada bridge usado en serie es del 90%. Si se usa en cascada con dosniveles seria del 81% (0.9*0.9). En cambio mediante la utilización de losbridges en paralelo es del 1-(0.1*0.1) que es del 99 porciento.

Ruteadores

Es un dispositivo capaz de tomar decisiones inteligentes concernientes alflujo de información en la red. Para complementar esto, los ruteadoresrealizan una variedad de funciones que son significativamentediferentes a las que realizan los puentes. Los ruteadores operan en elnivel de Capa de Red (capa 3 del modelo OSI).

Los ruteadores son direccionables. Examinan frames que sondirectamente enviados a ellos, observando las direcciones de red entrecada frame para decidir su destino.

Los niveles superiores de los equipos conectados deben ser equivalentespara que se puedan comunicar.

La Capa de Red recibe los datos y los procesa. En esta capa el paquete dedatos es desensamblado a la dirección de la red destinataria. Estadirección sería equivalente al código postal en una carta: en la realidad,cada código postal se corresponde con una oficina de correo que luegodistribuye las cartas, teniendo en cuenta las calles para determinar elpunto final de entrega. Entonces, la dirección que encontramos en lascartas, en nuestro ejemplo es llamada dirección MAC. Por lo tanto ladirección de red es equivalente al código postal, mientras que ladirección física ó dirección MAC del paquete es equivalente a ladirección de la calle que se encuentran en las cartas.

El protocolo más popular soportado por los ruteadores es IP(IntenetProtocol).


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Cuando una terminal tiene un paquete que transmitir, primerodeterminará si el destinatario pertenece a la red local o a una reddistante, lo que requiere los servicios del ruteador. Para complementaresto, la terminal utilizará la máscara de subred de bits en suconfiguración para determinar si el destinatario se encuentra en la redlocal. Si se comprueba que el destinatario se encuentra en una reddistante, entonces requerirá el uso del ruteador parra hacer posible latransmisión de los datos.

Operaciones básicas de un ruteador

Para poder evaluar las operaciones de los ruteadores, consideremos unaestructura conformada por tres ruteadores llamados R1, R2 y R3, talcomo se aprecia la figura A del siguiente gráfico, donde vemos lainterconexión de tres redes Ethernet a través de los ruteadores.

La figura B nos muestra la construcción inicial de tres tablas de ruteo. Lamayoría de los ruteadores son inicialmente configurados, y las tablas deruteo son establecidas en el momento en que se instala el equipo.


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Examinando la Figura B, se puede notar que la tabla de ruteo para elruteador 1 (R1) indica qué rutas debe emplear para comunicarse yacceder a cada red Ethernet interconectada. R1 se podría comunicar conel ruteador R2 para alcanzar la red 2, mientras que si se comunica con elruteador R3 podría alcanzar la red 3.

La Figura C indica la composición de un paquete originado por laestación S2 perteneciente a la red 1 que va a ser transmitido a la estación12 (S12) perteneciente a la red 2. El ruteador 1 (R1) primero examina ladirección de la red destinataria y se da cuenta de que se trata de otra red.El ruteador busca su tabla de ruteo (ver Figura B) y encuentra que elpaquete puede ser transmitido al ruteador 2 (R2) para alcanzar la red 2.Por lo tanto, R1 envía la trama a R2, y luego éste coloca la trama en lared 2 para la entrega a la estación S12 perteneciente a esa red.

Clasificación de ruteadores

Se puede establecer una clasificación de los ruteadores de acuerdo apartir de los protocolos de transmisión que utilizan. Así, podemosobtener la siguiente división:

• Ruteadores dependientes del protocolo. El ruteador debeconocer cuál es el mejor camino para que llegue el mensaje. Porlo tanto, los ruteadores pertenecientes a cada red deben soportarlos protocolos pertenecientes al resto de las redes, ya que de otromodo no es posible la comunicación

• Ruteadores independientes del protocolo. El ruteadordirecciona el problema de los protocolos de la red que no tienendirecciones de red. Este protocolo asigna identificadores de red acada red cuyo sistema operativo no incluya direcciones de red ensu Protocolo de Red. Esto posibilita que los distintos ruteadorespertenecientes a las distintas redes intercambien sus direccionesy que se genere un mapa de las redes que se hallaninterconectadas.

Protocolos de ruteo

Es el método utilizado por los ruteadores para intercambiar el ruteo delos datos. Por lo tanto es fundamental para obtener la mayor eficienciaposible.

El protocolo de ruteo es la llave elemental para transferir información através de la red de manera ordenada. El protocolo es el responsable deencontrar los caminos entre los ruteadores, utilizando un mecanismopredefinido.


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Tipos de protocolos de ruteo

Existen dos tipos de protocolos de ruteo:

• Protocolos de ruteo de dominio interior. Son utilizados paracontrolar el flujo de información entre una serie de redesseparadas que están interconectadas para conformar una redmayor. Los protocolos crean tablas de ruteo para cada sistemaautónomo, utilizando métricas -tales como tiempo de demora-para encontrar rutas entre las diferentes redes

• Protocolos de ruteo de dominio exterior. Son utilizados paraconectar dominios separados. Especifica el método por el cual losruteadores intercambian información y determinan a que red sepuede acceder a través de los distintos dominios

Ejemplo en el ruteo de datos

Un ruteador puede seleccionar el ruteo en un determinado instante,teniendo en cuenta el tráfico de la red, siempre seleccionando la maneramás eficiente.

Como ejemplo vale mencionar el caso de la siguiente figura:

En este caso, la estación 1 (E1) transmite a una estación ubicada en TR3.Dependiendo de las estadísticas y el tráfico en la red, los paquetespodrían ser ruteados vía L1 y utilizando TR2 para proveer unmecanismo de transporte a R4, desde el cual los paquetes sonentregados a TR3. Como otra alternativa, los vínculos L2 y L4 podrían


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ser utilizados para proveer un camino desde R1 a R4. Además ladisponibilidad de vínculos y de tráfico usualmente determinan la ruta.

Alternativas en el ruteo de paquetes

La manera que tiene el ruteador de determinar el mejor camino para undestino en particular, se basa en el análisis de ciertas variables que semencionan a continuación:

• Hop Count. Indica el número de ruteadores a través de los cuales unpaquete debe pasar para llegar a destino

• Ticks. Es una medida del tiempo requerido por un paquete parallegar a destino. Cada tick es equivalente aproximadamente a 55milisegundos.

• Bandwidth. Ancho de banda

• Delay. Tiempo requerido para movilizar un paquete desde el emisorhasta el destinatario

• Load. Es una medida del monto de actividad en los enlaces de red

Diferencias entre ruteadores y puentes

• Un ruteador puede soportar las transmisiones de datos de múltiplescaminos, mientras que un puente puede tomar decisionesinteligentes de ruteo, pero sólo dentro del ámbito del área local.

• Un ruteador es capaz de adquirir información acerca de lasestadísticas de un gran número de caminos y seleccionar un caminofinal consistente de una serie de vínculos.

• La mayoría de los ruteadores pueden fragmentar y reensamblar losdatos. Esto permite a los paquetes viajar a través de diferentescaminos y ser reensamblados cuando llegan a su destino final. Conesta capacidad, un ruteador puede enrutar cada paquete al destino através de la mejor posibilidad, la más eficiente, en un momentodeterminado y modificar el camino dinámicamente. En la figuraanterior se puede observar que una ruta alternativa para acceder ala red 3, sería entrar primero en la red 2 y luego a través de ésta,acceder a S3. Por lo tanto, un ruteador puede seleccionar el ruteo enun determinado instante, teniendo en cuenta el tráfico de la red,siempre seleccionando la manera más eficiente.

• La reconfiguración de los puentes luego de un cambio de topologíaes más lenta que en los ruteadores.

• Los puentes se hallan limitados al número de nodos que puedenestar interconectados.


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• Los puentes pueden perder paquetes que son demasiados largospara transmitir.

• La instalación de un puente es mucho más sencilla que la de unruteador.

Pasarelas

Originalmente el término pasarela fue aplicado para referir a undispositivo que proveía un camino de comunicaciones entre dos redesde área local o entre una red LAN y un mainframe, desde la Capa Físicahasta la Capa de Aplicación. Es difícil diferenciarlo del ruteador.

Definición de pasarela

Es un producto que realiza conversiones de protocolos a través de lassiete capas del Modelo OSI. Por lo tanto una pasarela realiza todas lasfunciones de un ruteador, y también conversiones de protocolosrequeridas desde la Capa de Aplicación del Modelo OSI.

Uno de los más comunes tipos de pasarelas es el e-mail gateway, queconvierte el documento e-mail a otro. Por ejemplo una cierta parte de laempresa trabaja con cierto tipo de programa para comunicarse a travésde mails de manera interna. Si se require conectividad con el resto de lasredes pertenecientes a la empresa, que utiliza otro tipo de programas, lapasarela debe convertir este tipo de mail, desde una red hacia la otra encuestión.

Hubs

Un hub es un equipo electrónico activo que sirve de concentrador ysincronizador de los datos que transitan entre las distintas placas de redde los puertos de trabajo y el backbone.


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Siempre se conectan a energía (220/110 V) y tienen entradas con RJ-45.Generalmente el número de puertos varía entre 8 y 24.

Son necesarios en una instalación con cableado estructurado paraestablecer la conectividad entre todas las máquinas.

El hub físicamente es una estrella, pero lógicamente es un bus.

Hubs inteligentes

Los hubs inteligentes surgen de incorporar un microprocesador a unhub convencional, lo cual no sólo brinda capacidades para administrarla red, sino que además posibilita la interconexión de diferentes redesintegrando el uso de bridges y routers.

Entre otras funciones que pueden desarrollar los hubs inteligentes,destacamos las siguientes :

• Activar o desactivar los puertos.

• Segmentar la red para obtener mejor tráfico e incrementar laperformance

• Realizar un mantenimiento de las operaciones

• Facilitar el testeo de la red.

El proceso por el cual se conecta un hub a otro formando una estructurade bus, se conoce comúnmente con el nombre de “cascadeo”. Elcrecimiento de la red puede provocar que un sólo hub no sea suficiente,con lo que se hace necesario realizar el proceso de cascadeo.

“Cascadeo” de hubs

La instalación de dos o más hubs en un rack requieren de un cableadode un hub a otro, para facilitar esta instalación, los proveedoresdesarrollaron un dispositivo denominado concentrador.

El concentrador es un tipo especial de hub que tiene una construccióninterna que elimina la necesidad de cascadear con el crecimiento de lared.

Los más comunes soportan más de 100 conexiones Ethernet 10BaseT, yposeen 2 conexiones especiales, una de las cuales está reservada para

HubHub Hub


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conectar una terminal en la cual se corra el software de administraciónde la red, mientras que la segunda está reservada para el equipamientode testeo de la red.

Segmentación de la red

En los hubs tradicionales, las estaciones compiten por una franja delancho de banda, generando colisiones cuando dos o más estacionesintentan transmitir al mismo tiempo. Para solucionar el problema quepresentan las colisiones se usan diferentes métodos de segmentación dered.

Uno de los métodos usados para aliviar las congestiones consiste en usarun servidor con capacidades internas de puenteo. Se divide la red en dossegmentos por medio de la instalación de dos placas de red dentro delservidor. Esta construcción reduce el tráfico en cada uno de ellos, asícomo también permite que un usuario de uno de los segmentostransmita y reciba información de un usuario del otro, y que ademásambos usuarios mantengan un acceso simultáneo al servidor.

Este tipo de construcción presenta algunos problemas, por ejemplo, elservidor, además de desempeñar sus funciones típicas, debe realizarfunciones de puenteo, con lo que cae notoriamente su performance.

Otros métodos consisten en segmentar usando bridges y routers.

IBM Compatible

Hub Hub


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Switching Hubs

La incorporación de un microprocesador dentro de los hubs puedeconsiderarse como el primer paso del desarrollo de los switching hubs.Los mismos cuentan además con una programación adicional dentro delmicroprocesador, que le permite examinar la dirección destino de cadaframe.

Los switching hubs, gracias a su diseño interno, son capaces de leer ladirección de un frame y realizar una operación de switcheo basada sobredatos almacenados en la memoria del hub.

Hay 2 tipos de switching hubs :

• Switching hubs de capa 2 , que podrían ser comparados con losbridges

• Switching hubs de capa 3, que podrían ser comparados con losrouters.

La diferencia entre los tipos anteriores reside en que realizan laoperación de switcheo en capas diferentes.

Los primeros buscan dentro del frame la dirección destino MAC,mientras que los segundos hacen una búsqueda más profunda, paradeterminar la dirección destino de red.

Los switches capa 2 pueden ser considerados como representantes mássofisticados de los bridges , porque permiten la transmisión múltiple.

Switches de capa 2

Un switch que opera en la capa DLL es un puente multipuerto que leelas direcciones destino y las usa para determinar el criterio de switcheode cada frame.

Presenta dos ventajas sobre los hubs convencionales:

• No necesariamente transmite a todos los puertos

• Puede soportar más de una comunicación simultánea

Existen distintos tipos de técnicas de switcheo entre las cuales podemosmencionar dos: Crosspoint y Store and Forward

Crosspoint

Un switch crosspoint examina la dirección destino de cada paqueteentrante a un puerto. Esta dirección es buscada en una tabla predefinidade direcciones asociadas a puertos, obteniendo de esta manera ladirección del puerto destino.


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Una vez que la dirección del puerto es encontrada, el switch comienza latransmisión entre el puerto destino y el fuente.

Si la dirección del puerto coincide con la dirección del puerto del cualfue recibido el frame, entonces no se necesita ninguna operación deswitcheo, y el switch descarta el frame . Si la dirección de destino resideen un puerto diferente, el switch obtiene el puerto destino correcto einicia la conexión.

Si la dirección destino no es encontrada en la tabla, entonces el switchinunda el frame por todo el bus interno. Esta inundación inhibe alswitch a realizar conexiones simultáneas.

Con esta técnica sólo se requiere almacenar una pequeña porción delframe, hasta que sea posible leer su destino (a través de la búsqueda enla tabla antes mencionada) e iniciar el switcheo a un puerto apropiado,con lo que se reduce notoriamente la latencia y se minimiza el retardoasociado a la transmisión.

Como dijimos que solamente es almacenada una parte del frame,notaremos que no es examinado el paquete en su totalidad, por lo tantoesta técnica puede no realizar el chequeo de errores del paquete. Estoprovocará que el paquete sea transmitido de todas formas, lo quecausará un desperdicio innecesario de la red.

Store and Forward

Los switches que utilizan esta técnica almacenan todo el paqueteentrante en un buffer. Esto le permite al switch realizar un chequeo delCRC, para determinar si los frames del paquete están libres de errores.En el caso de que así sea, se transmite el paquete de la misma maneraque en la técnica anterior, en caso contrario se comienza un proceso defiltrado ( que dependerá de la arquitectura usada ) por el cual se vandescartando del paquete los frames que contengan errores.

usuario 1 usuario n

puerto de switcheo

server 1 server n


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Esta técnica, en comparación con la anterior, aumenta la latencia, ya quese necesita almacenar todo el paquete.

Los switches también pueden clasificarse conforme a si soportandirecciones simples o múltiples.

Los switches que soportan direcciones simples se conocen comoswitches basados en puertos, los cuales asocian cada puerto con unadirección simple (en el caso de switches capa 2, cada puerto estaríaasociado a una única dirección MAC). Como característica, estosswitches tienen un tiempo de búsqueda muy corto, pero restringen elswitcheo a un dispositivo por puerto.

Los switches que soportan múltiples direcciones son conocidos comoswitches orientados a segmentos, los cuales permiten switchear laconectividad entre múltiples segmentos de LANs (ya que puedensoportar múltiples direcciones por cada puerto).

Arquitectura del switch

La mayoría de los switches consisten en un chasis en el cual se insertandiferentes módulos.

Entre los módulos antes mencionados podemos nombrar los siguientes:

• Módulo de CPU. Es el que comúnmente maneja al switch,identifica los tipos de LANs que tiene unidas a sus puertos, yrealiza el testeo del switch.

• Módulo Lógico. Es el responsable de comparar las direccionesdestino de los frames contra la tabla de direcciones, y delmantenimiento de la misma. Luego de esto da instrucciones almódulo de matriz para que inicie el switcheo crossbar.

• Módulo de Matriz. Es el representante del cruce de lineas decableado desde cada puerto a los demás. Cuando recibe unainstrucción desde el módulo lógico, el módulo de matriz inicia elcruce de conexión entre el puerto fuente y el puerto destino, parala duración del frame. Este módulo determina la clave de laoperación del switch.

Technology

Cableado estructurado y hardware de redes