Dispositivos de Interconexión en redes LAN.
4.1. Introducción.
Desde sus comienzos, un miedo perenne ha acompañado al desarrollo de Internet. Un miedo a la saturación del diámetro del conducto de comunicación, una saturación de lo que nosotros conocemos como “ancho de banda”. Este ancho de banda no solo depende del medio de comunicación (cable coaxial, fibra óptica, infrarrojos...), sino de los distintos dispositivos de interconexión de redes situados en los extremos de los cables.
Así pues, junto con el impresionante desarrollo de la red Internet, gran cantidad de dinero y atención se ha dedicado a su infraestructura, o sea, a los dispositivos sobre los que funciona una red. En este capítulo hablaremos de concentradores, conmutadores, servidores de acceso, cortafuegos y puentes, sin olvidar conceptos como pasarelas.
4.2. Mecanismos de interconexión.
a) Concentradores (Hubs). Un concentrador es un dispositivo pasivo que actúa como punto de conexión central entre PCs, servidores e impresoras, para formar un segmento LAN independiente. Los equipos conectados al propio concentrador son miembros de dicho segmento LAN, y comparten el ancho de banda del concentrador para sus comunicaciones.
Los concentradores aparecieron como solución al problema de las redes que se conectaban a un único cable (redes en bus), ya que si este cable se deterioraba, la red dejaba de ser operativa. El hub hace de punto central de todas las conexiones de manera que si un cable de conexión de un equipo a la red se estropea, el resto de la red puede seguir operativa. Un concentrador es el centro donde convergen las conexiones de todos los equipos.
Nota:
Los hubs son el dispositivo que permite la configuración de una red en estrella y eliminan los inconvenientes de la red en bus, aunque la estructura lógica de la red sea un bus.
Dispone de una serie de puertos de entrada y salida a los que se conectan las computadoras de la red. Otra de las tareas que debe desempeñar un concentrador es la ampliación y regeneración de la señal que están enviando los equipos, ya que la señal eléctrica enviada a través del cable pierde potencia. Además, toman la señal de uno de sus puertos y la envían al resto de los equipos de la red.
Básicamente actuaría como un medio de conducción para los datos. Al poseermúltiples ertos, cuando una trama llega a uno de sus puertos, ésta es copiada a los demás puertos, así los más segmentos de la LAN pueden verla. El concentrador no sabe ni entiende a uien va dirigida sa señal o trama. Simplemente la copia a todos los demás puertos. Esto, dentemente, consume recursos de la red. Además en una
LAN basada en concentradores, éstos deben competir por el medio compartido: se producen colisiones y retardos. El hub actúa en la Capa 1 del modelo OSI ya que simplemente regenera y transmite la señal, no es capaz de identificar hacia dónde va la trama de datos y en función de ello filtrar el tráfico; igualmente, tampoco pueden ser empleados para seleccionar la mejor ruta para dirigir las tramas.
El funcionamiento es muy sencillo, todos los equipos de la red se conectan a un núcleo central, el concentrador, mediante un cable. Cuando un equipo envía un mensaje, los datos llegan al concentrador y este los regenera (mejora su calidad eléctrica) y los retransmite a todos los puestos que están conectados a cada uno de sus puertos.
Al no filtrar el tráfico y reenviar los datos a todos los puestos puede suceder que, cuando un equipo quiera enviar una trama de datos encuentre su zona de la red ocupada por datos que no se le han enviado, o que se produzca una colisión entre los datos enviados por otro equipo y los que acaba de enviar él. Si un hub tiene conectados doce equipos a sus puertos, cuando llega un mensaje, se multiplica por doce, ya que los envía por todos sus puertos, lo que aumenta enormemente el tráfico
Nota:
Al carecer de capacidad de almacenamiento, un concentrador no puede interconectar equipos que se comuniquen a velocidades distintas, por ejemplo una red Ethernet con tarjetas de 10 Mbps y 100 Mbps
b) Conmutadores (Switches).
Dispositivo semejante a un concentrador, de hecho se le conoce técnicamente como concentrador conmutado. Filtran y dirigen tramas entre los segmentos de la LAN proporcionando un ancho de banda dedicado: forman un circuito virtual entre el equipo emisor y el receptor, y disponen de todo el ancho de banda del medio durante la fracción de segundo que tardan en realizar la transmisión.g
La función de un switch consiste en tomar la dirección MAC de una trama de datos y, en función de ella, enviar la información por el puerto correspondiente. En comparación con el hub, actúa más inteligentemente ya que filtra el tráfico y tiene capacidad de reconocimiento. Los datos pueden conducirse por rutas separadas, mientras que en el hub, las tramas son conducidas por todos los puertos. Los conmutadores son capaces de realizar esto utilizando una mejor electrónica que la empleada por los concentradores, troceando el ancho de banda en franjas, llamadas canales, lo suficientemente grandes como para dar servicio a cada puerto de conmutación.
Nota:
El ancho de banda es un concepto relativo cuando hablamos de dispositivos de interconexión. Si disponemos de un ancho de banda de 10MBps con 5 equipos conectados a un hub, el ancho de banda del que dispone cada equipo es de 2 Mbps, ya que al trabajar en un medio compartido, cada equipo debe esperar un tiempo a que se comuniquen el resto. Si los ordenadores están conectados a un switch, éste les presta el ancho de banda completo ya que pueden comunicar varios PC’s a la vez por la función de conmutador de líneas que realiza este dispositivo.
Las redes conmutadas son más rápidas puesto que el ancho de banda perdido por colisiones se elimina. Por ejemplo, si un concentrador de 24 puertos tiene un dominio de colisión de 24, un conmutador de 24 puertos tendría un dominio de colisión de 1. Evidentemente son algo más complejos de configurar y administrar que los concentradores, y por supuesto más caros. Aunque ocasionalmente, y con las nuevas tecnologías, operan en la capa 3 (red), para nosotros actúan en la capa 2 (o de enlace). No usan direcciones IP y, por lo tanto, no tienen la capacidad de los enrutadores para encontrar trayectorias a través de las redes, simplemente leen la dirección física de los mensajes y los redireccionan al host
adecuado.
Nota:
Supongamos que no encontramos en una empresa con una centralita telefónica, el operador de esa centralita sería el switch, llega una llamada de un departamento, pregunta hacia qué teléfono se dirige dicha llamada y realiza la comunicación.
El hub, sin embargo, al recibir la llamada la enviaría a todos los teléfonos, ¿Qué sucede?, que las líneas tienen una alta probabilidad de encontrase siempre colapsadas, comunicando, ya que si quiero llamar desde un teléfono tendré una llamada entrante o el terminal con el que quiera ponerme en contacto estará comunicando
c) Cortafuegos (Firewalls).
Un cortafuegos es un sistema diseñado para prevenir accesos no autorizados. Generalmente se utilizan para proteger las redes privadas de intentos de acceso de usuarios de Internet no autorizados, pero también se puede configurar el cortafuegos a la inversa: para que los usuarios de la Intranet no tengan acceso a ciertos hosts. El cortafuegos puede ser hardware, software, o una combinación de ambos. Muchas veces son enrutadores especializados que comprueban que cada paquete cumple las políticas de seguridad con las que ha sido programado. Un cortafuegos forma un cuello de botella intencionado del tráfico y monitoriza constantemente las conexiones internas/ externas para verificar que se cumple la seguridad.
d) Puentes (Bridges).
Un puente es un dispositivo que conecta dos redes de área local (LAN) o dos segmentos de la misma LAN. Las LANs pueden emplear protocolos de capa dos del mismo tipo, por ejemplo una red Ethernet conectada a una tipo Token-Ring. Funciona en la capa dos del modelo OSI.
Las funciones de un puente son:
• Dividir una red LAN en dos subredes. Cuando una LAN se hace demasiado
grande, en cuanto a número de puestos o extensión, debe ser dividida para
que su funcionamiento sea mejor.
• Interconectar dos redes LAN, pudiendo tener protocolos de nivel dos o medios de transmisión distintos. Interconexión de una red inalámbrica a una de cable o una red Ethernet a otra Token Ring.f
h• Controlar las tramas defectuosas.
Independientemente del objetivo por el que se haya conectado el puente a la red su funcionamiento será siempre el mismo. Básicamente los puentes reciben todos los paquetes enviados por cada red acoplada a él, y los reenvían selectivamente entre las LAN's, utilizando solo las direcciones MAC (de enlace) para determinar donde retransmitir cada paquete. Los puentes reenvían solo aquellos paquetes que están destinados a un nodo del otro lado del puente, descartando (filtrando) aquellos que no necesitan ser retransmitidos o haya detectado que son defectuosos.
Nota:
Imaginemos que un host envía una trama de datos a otro de su misma red, al llegar al puente, éste comprueba que el emisor y el receptor del mensaje se encuentran en una misma rama y descarta el mensaje. Si el receptor del mensaje se encontrara en una red distinta o en otra subred conectada por un puente éste, al comprobar la dirección MAC de destino de la
trama, la transmitiría por el puerto adecuado
Uno de los problemas fundamentales de las redes de computadores es el excesivo tráfico que en ellas se genera. Cuando el tráfico es muy alto se pueden producir colisiones que, ralentizarían mucho la comunicación
Nota:
Es fácil imaginar qué es lo que sucede cuando en una carretera se produce un accidente, el tráfico se ralentiza. Aunque las colisiones en redes de comunicación son de otro carácter y el problema generado no es el de embotellamiento provocado por un accidente, el efecto es el mismo: el corte momentáneo de las
Mediante la división del segmento de red en dos, y su conexión por medio de un puente, se reduce el traficó general en la red, ya que éste mantendrá aislada la actividad de la red en cada segmento. Además, al tener dos LAN más pequeñas, el dominio de colisión, también disminuye. De esta forma se consigue que el riesgo de colisión sea menor. El puente entrará en funcionamiento, pasando la información, sólo cuando el nodo de un segmento envíe información al nodo del segmento al otro lado del puente.
Para poder realizar esta tarea, cada puente va almacenando en memoria una tabla dedirecciones MAC asignada a cada uno de sus puertos, de esta manera, cuando llega una trama, comprueba la dirección MAC, la compara con el “mapa” que posee en memoria y la envía por el puerto adecuado
Nota:
Empleamos el termino “mapa de direcciones” ya que un puente no sólo debe saber qué direcciones MAC están conectadas a las redes que comunica, también debe saber en que LAN o subred se encuentra, debe “mapear” sus direcciones. El mapa de direcciones también se conoce como tabla de enrutamiento.
En el momento en que se instala un puente por primera vez, no tiene ninguna información sobre los equipos de las redes que interconecta. Según va recibiendo tramas de datos y analiza las direcciones de procedencia, crea el mapa de direcciones, que usará posteriormente. Si en alguna ocasión desconoce la dirección a la que debe enviar una trama, transmitirá por todos sus puertos, de esta forma garantiza que lleguen los datos a su destino; cuando el host de destino envía el acuse de recibo, podrá incorporar su dirección a su memoria.
Además del control del tráfico un puente puede analizar el estado de las tramas y descartar aquellas que sean defectuosas o, en ocasiones, repararla, retocando su formato. Un puente también sirve para conectar dos segmentos de red por medio de comunicaciones inalámbricas, en este caso se les conoce como punto de acceso. En la ilustración 20 se observa cómo esta conectado un puente a cada segmento de red. El puente incluye un transmisor y un receptor para enviar la información adecuada entre
segmentos.
e) Pasarelas (Gateways).
El concepto de pasarela es quizás algo abstracto. Básicamente es un sistema de hardware o software que hace de puente entre dos aplicaciones o redes incompatibles para que los datos puedan ser transferidos entre distintos ordenadores. Cuando un usuario se conecta a Internet, realmente se está conectando a un servidor que le proporciona las páginas Web. Tanto el usuario como el servidor son nodos host de una red, no pasarelas. Una pasarela es, por ejemplo, un enrutador que dirige el trafico desde una estación de trabajo a la red exterior que sirve las páginas Web. O, en el caso de acceso telefónico, la pasarela sería el ISP que conecta el usuario a Internet.
