Martha
Alicia Moreno Quijada 
ADMINISTRACIÓN Y MANTENIMIENTO DE REDES
ING DANIEL ALBERTO LÒPEZ GORTAREZ
Capítulo 2: Conmutación LAN
TOMADO
DE: http://cisco.netacad.net
Diversos problemas de las comunicaciones LAN
El rendimiento de una LAN Ethernet/802.3 de medio compartido puede verse afectado de forma negativa por distintos factores:
- La naturaleza de entrega de broadcast de trama de datos de las LAN Ethernet/802.3.
- Los métodos de acceso múltiple con detección de portadora y detección de colisiones (CSMA/CD) sólo permiten que una estación a la vez pueda transmitir.
- Las aplicaciones multimediales con mayor demanda de ancho de banda, tales como vídeo e Internet, sumadas a la naturaleza de broadcast de Ethernet, pueden crear congestión de red.
- La latencia normal a medida que las tramas viajan a través del medio de capa 1 y a través de los dispositivos de networking de capa 1, 2 y 3 y la latencia agregada por la extensión con repetidores de redes LAN Ethernet/802.3
- La extensión de distancias de redes LAN Ethernet/802.3 con el uso de repetidores de capa 1.
Ethernet es una tecnología half duplex. Cada host de Ethernet verifica la red para comprobar si los datos se están transmitiendo antes de seguir transmitiendo datos. Si la red está en uso, la transmisión se retarda. A pesar del retardo de la transmisión, dos o más hosts Ethernet pueden transmitir al mismo tiempo, dando como resultado una colisión.
Las LAN Ethernet se saturan porque los usuarios ejecutan software que utiliza intensivamente la red, como aplicaciones cliente/servidor que hacen que los hosts deban transmitir con mayor frecuencia y durante períodos de tiempo más prolongados.
El uso
intensivo de la red han creado la necesidad de una capacidad o ancho de banda
de red muy superior a la de 10 Mbps disponible en las LAN Ethernet/802.3
compartidas.. Todos
estos factores representan una exigencia aún mayor para la capacidad del ancho
de banda de 10 Mbps de Ethernet. Cuando cada vez más personas utilizan la red
para compartir grandes archivos, acceder a servidores de archivo y conectarse a
Internet, se produce la congestión de red. Esto puede dar como resultado
tiempos de respuesta más lentos, transferencias de archivos muy largas y
usuarios de red menos productivos debido a los retardos de red. Para aliviar la
congestión de red, se necesita más ancho de banda o bien, el ancho de banda
disponible debe usarse con mayor eficiencia.
La
latencia, a veces
denominada retardo, es el tiempo que una trama (o sea, un paquete) tarda para
hacer el recorrido desde la estación o nodo origen hasta su destino final en la
red.
Esta latencia puede ser causada por retardos NIC, retardos de propagación y retardos provenientes de dispositivos de Capa 1, 2 ó 3.
La latencia consiste en por lo menos tres componentes. En primer lugar, está el tiempo que le lleva al NIC colocar pulsos de voltaje en el cable y el tiempo que le lleva al NIC receptor interpretar estos pulsos.
El tiempo
que el host tarda en enviar los bits también se debe tomar en cuenta para
entender la temporización de las redes.
En segundo lugar,
se produce un retardo de propagación ya que la señal tarda cierto tiempo
(aunque sea muy breve) en transportarse a lo largo del cable (en el caso de
cable de par trenzado no blindado Cat 5, este retardo es de aproximadamente
0,556 microsegundos por 100 m). Cuanto más largo sea el cable, mayor será el
retardo de propagación; además, cuanto más lenta sea la velocidad nominal de
propagación (NVP) del cable, mayor será el retardo de propagación.
En tercer
lugar, se agrega una latencia adicional proveniente de los dispositivos de red
- ya sea de Capa 1, 2 ó 3 - que interviennen en el recorrido entre los dos
computadores que procuran comunicarse entre sí
El
tiempo de transmisión
equivale al número de bits enviados multiplicado por el tiempo de bit de una tecnología
determinada.
Cada bit
Ethernet de 10 Mbps cuenta con una ventana de 100 ns para su transmisión (el
tiempo de bit). Un byte equivale a 8 bits. Por lo tanto, la transmisión de 1
byte tarda un mínimo de 800 ns. La transmisión de una trama de 64 bytes
(ésta es la trama 10BASE-T más pequeña compatible con CSMA/CD) lleva
51.200 ns, o sea 51,2 microsegundos (64 bytes a 800 ns por byte equivale
a 51,200 ns y 51.200 ns dividido entre 1000 equivale a 51,2 microsegundos).
Al utilizar
un repetidor Ethernet para extender la distancia de una LAN, una sola
red puede abarcar una distancia mayor y más usuarios pueden compartir esta
misma red. Sin embargo, el uso de repetidores y de repetidores multipuerto,
conocidos también como hubs, complica el problema de los broadcasts y las
colisiones y afecta adversamente al rendimiento total de la LAN de medios
compartidos
Transmisión full duplex, estándar Fast Ethernet y segmentación LAN
Ethernet
full duplex permite
la transmisión de un paquete y la recepción de un paquete distinto al mismo
tiempo. Esta transmisión y recepción simultánea requiere del uso de dos
pares de hilos dentro del cable y una conexión conmutada entre cada nodo.
Esta conexión se considera de punto a punto y está libre de
colisiones. Debido a que ambos nodos pueden transmitir y recibir al
mismo tiempo, no existen negociaciones para el ancho de banda. Ethernet full
duplex puede utilizar un medio compartido existente siempre y cuando el
medio cumpla con los estándares de Ethernet mínimos.
Para transmitir y recibir de forma simultánea, se necesita un puerto dedicado
para cada nodo. La conexiones full duplex pueden utilizar medios 10BASE-T,
100BASE-TX o 100BASE-FX para crear conexiones punto a punto. Las
tarjetas de interfaz de red (NIC) ubicadas a ambos extremos deben tener
capacidades full duplex.
El switch Ethernet full duplex aprovecha los dos pares de hilos que se encuentran dentro del cable. Esto se realiza creando una conexión directa entre el transmisor (TX) en un extremo del circuito y el receptor (RX) en el otro extremo. Con estas dos estaciones conectadas de esta manera, se crea un dominio libre de colisiones debido a que se produce la transmisión y la recepción de los datos en circuitos separados no competitivos.
Una red se puede dividir en unidades más pequeñas denominadas segmentos. Cada segmento utiliza el método de acceso CSMA/CD y mantiene el tráfico entre los usuarios del segmento.
La figura 
muestra
un ejemplo de una red Ethernet segmentada. La red completa posee 15
computadores (6 servidores de archivos y 9 PC). Al utilizar segmentos en una
red, menos usuarios/dispositivos comparten los mismos 10 Mbps al comunicarse
entre sí dentro del segmento. Cada segmento se considera como su propio
dominio de colisión.
Dividiendo la red en tres segmentos, un administrador de red puede reducir la congestión de la red dentro de cada segmento. Al transmitir los datos dentro de un segmento, los cinco dispositivos dentro de cada segmento comparten el ancho de banda de 10-Mbps por segmento. En una LAN Ethernet segmentada, los datos que pasan entre los segmentos se transmiten en el backbone de la red utilizando un puente, router o switch
Backbone
Parte de una red que actúa como ruta primaria para el
tráfico que, con mayor frecuencia, proviene de, y se destina a, otras redes.
La conmutación LAN compensa la escasez de ancho de banda y los cuellos de botella de la red, como los que aparecen entre varios PC y un servidor de archivos remoto. Un switch puede segmentar una LAN en microsegmentos, que son segmentos de un solo host. Esto crea dominios libres de colisión a partir de un dominio de colisión grande. Aunque el switch LAN elimina los dominios de colisión, todos los hosts conectados al switch siguen estando en el mismo dominio de broadcast. Por lo tanto, todos los nodos conectados a través del switch LAN pueden ver un broadcast desde un solo nodo.
La Ethernet conmutada se
basa en que Cada
nodo está directamente conectado a uno de sus puertos o a un segmento conectado
a uno de los puertos del switch. Esto crea una conexión de ancho de banda de 10
Mbps entre cada nodo y cada segmento del switch. Un computador conectado
directamente a un switch de Ethernet representa su propio dominio de colisión y
accede a los 10 Mbps completos.
Una LAN que utiliza una topología de Ethernet conmutada crea una red que se comporta como si tuviera solamente dos nodos: el nodo emisor y el nodo receptor. Estos dos nodos comparten el ancho de banda de 10 Mbps entre sí, lo que significa que casi todo el ancho de banda está disponible para la transmisión de datos. Debido a que una LAN de Ethernet conmutado utiliza con tanta eficiencia el ancho de banda, proporciona un rendimiento mayor que el de una LAN Ethernet conectada mediante puentes o hubs. En la implementación de Ethernet conmutado, el ancho de banda disponible puede alcanzar cerca de 100%.
La conmutación de Ethernet aumenta el ancho de banda disponible en una red creando segmentos de red dedicados (es decir, conexiones punto a punto) y conectando dichos segmentos en una red virtual dentro del switch. Este circuito de red virtual existe solamente cuando dos nodos necesitan comunicarse. Es por ello que se llama circuito virtual, existe solamente cuando se necesita y se establece dentro del switch