Cableado estructurado y hardware de redes

Universidad CAECE
Teleprocesos y Redes

Angeles Andrenacci
Juan Martín Fernández Szutner
Alejandro Guttero
Mariano Hansen
Cynthia Presser Carne
Pablo Stählhamer

Cableado estructurado
y Hardware de Redes

Revisión:
Giselle Abuliak
Mariana Franza
Alfredo Tommasini
Marcelo Zenga

Buenos Aires, agosto de 1998

Teleprocesos y Redes Cableado Estructurado y Hardware de Redes

Indice

Cableado estructurado ......................................................................4
Estandarización y normalización.........................................................................4
Ventajas del Cableado Estructurado ...................................................................5
Consideraciones del diseño de redes...................................................................5
Integración Inteligente...........................................................................................6
Incremento de las velocidades de transmisión ..................................................7
Ejemplo de un Sistema de Cableado Estructurado Típico ...............................7
Cableado Horizontal..............................................................................................8
Cables utilizados en el Cableado Horizontal ...........................................9
Distancias ......................................................................................................9
Esquemas de Cableado Horizontal .........................................................10
Cableado Vertical - Columna Vertebral (Backbone) .......................................11
Cables Reconocidos ...................................................................................11
Distancias a cubrir......................................................................................11
Backbone Concentrado..............................................................................12

Medios de transmisión ....................................................................14
Principales medios de transmisión usados en redes de área local................14
Líneas aéreas...............................................................................................14
Par trenzado sin blindar (UTP) ................................................................15
Par trenzado blindado (STP) ....................................................................16
Clasificación................................................................................................16
Cable Coaxil................................................................................................16
Fibra óptica .................................................................................................18

Hardware de Redes..........................................................................19
NICs (Network Interface Cards) ........................................................................19
Repetidores............................................................................................................20
Bridges ...................................................................................................................21
Nuevas Características ..............................................................................22
Operatoria de transformación de frames................................................23
Operatoria del Bridge................................................................................23
El problema de la formación de loops en un bridge .............................24
Configuraciones de bridge........................................................................24
Ruteadores.............................................................................................................25
Operaciones básicas de un ruteador .......................................................26
Clasificación de ruteadores.......................................................................27
Protocolos de ruteo ....................................................................................27
Tipos de protocolos de ruteo....................................................................28
Ejemplo en el ruteo de datos ....................................................................28
Alternativas en el Ruteo de Paquetes......................................................29
Diferencias entre Ruteadores y Puentes............................................................29
Pasarelas ................................................................................................................30

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Definición de pasarela...............................................................................30
Hubs .......................................................................................................................30
Hubs inteligentes .......................................................................................31
Proceso de Cascadeo..................................................................................31
Segmentación de la red .............................................................................32
Switching Hubs ....................................................................................................33
Switches de capa 2 .....................................................................................33
Crosspoint ...................................................................................................33
Store and Forward .....................................................................................34
Arquitectura del switch.............................................................................35

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Cableado estructurado

Las necesidades crecientes de las empresas han llevado a los
proveedores de Tecnología y Servicio a establecer sistemas de cableado
que soporten diferentes servicios y protocolos a través de un mismo
medio.
El cableado estructurado es una tecnología que permite, mediante un
sistema integrado de cables y elementos de conexión, satisfacer todas las
necesidades de comunicación en un edificio.
Basa su diseño en estándares internacionales, permitiendo a las variadas
aplicaciones de Telefonía, Redes de Computación, Sistemas de
Climatización, 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 nuevos
sistemas con demandas de velocidad y ancho de banda cada vez
mayores. Da una gran flexibilidad para la incorporación de nuevos
usuarios y el traslado o reubicación de los ya existentes. Se estima que
en un lapso de cinco años en un edificio típico todos los ocupantes
cambian de posición su puestos de trabajo.
El bajo costo de mantenimiento comparado con un sistema de cableado
tradicional, sumado a la facilidad para incorporar nuevas y variadas
tecnologías, hacen de un Sistema de Cableado Estructurado la
plataforma ideal sobre la que se montan los denominados “edificios
inteligentes”.
El Sistema de Cableado Estructurado utiliza una topología en estrella, la
cual facilita las expansiones al permitir que se agreguen nuevas
estaciones desde un nodo central. Los reordenamientos y cambios
afectan sólo a aquellos enlaces que están siendo alterados, ya que cada
enlace al nodo es independiente de los demás.

Estandarización y normalización

Los estándares son necesarios para:
• Un ambiente de cómputo y comunicación es un medio en
constante 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 las
políticas de USA ante la ISO)
• ISO: International Organization for Standardization

Ventajas del Cableado Estructurado

Un sistema de cableado estructurado se define por oposición a los
problemas del cableado no estructurado, no estándar o cerrado, o
propietario de un determinado fabricante.
Un “sistema de cableado abierto” por otro lado, es un sistema de
cableado estructurado que está diseñado para ser independiente del
proveedor y de la aplicación a la vez.
Las características claves de un sistema de cableado abierto son que
todos las outlets (salidas para conexión) del área de trabajo son
idénticamente conectados en estrella a algún punto de distribución
central, usando una combinación de medio y hardware que puede
aceptar cualquier necesidad de aplicación que pueda ocurrir a lo largo
de la vida del cableado, la que se estima en alrededor de diez años.
Estas características del sistema de cableado abierto ofrecen tres ventajas
principales al dueño o usuario:
a) Debido a que el sistema de cableado es independiente de la
aplicación y del proveedor, los cambios en la red y en el
equipamiento pueden realizarse por los mismos cables
existentes.
b) Debido a que los outlets están cableados de igual forma, los
movimientos de personal pueden hacerse sin modificar la base
de cableado.
c) La localización de los hubs y concentradores de la red en un
punto central de distribución, en general un closet de
telecomunicaciones, permite que los problemas de cableado o de
red sean detectados y aislados fácilmente sin tener que parar el
resto de la red.

Consideraciones del diseño de redes

En todos los ambientes de trabajo conviven diferentes sistemas y
servicios, inimaginables en años pasados. Los cambios tecnológicos son
constantes. Las empresas deben mirar al futuro y predecir sus
necesidades durante los próximos cinco, diez y hasta quince años, de
manera de establecer las estrategias de desarrollo.

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Si bien el cambio tecnológico puede ser más rápido de lo que podemos
planear, esto no debiera causar trastornos.
En cualquier edificio, todos los sistemas de comunicaciones basan su
funcionamiento en la red de cableado del edificio, que pasa a integrar la
infraestructura de éste. Se debe entender que el cableado que se instala
en un edificio no es tan sólo un mal menor que no se puede evitar, sino
que, por el contrario, es parte fundamental de su infraestructura, que
permitirá mejorar los resultados del negocio y el ambiente de trabajo.
Primero, la posibilidad de reducir costos en dos áreas del proyecto de un
edificio, como son la construcción del edificio y los costos operacionales;
y segundo, reglas básicas sobre como proteger la inversión de sistemas y
servicios.
En la etapa de diseño de un edificio no siempre es posible tener claridad
total respecto de la ubicación de los distintos servicios, además, es
necesario tener la capacidad de responder en forma dinámica y eficaz al
cambio en la provisión de los mismos. Esto hace necesario que la
plataforma física de comunicaciones del edificio sea un Sistema de
Cableado 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 poder
garantizar bajo un único sistema de cableado la operación de todos los
servicios, con la consecuente reducción en materiales, mano de obra y
tiempos de prueba de las instalaciones.

Integración Inteligente

Los factores que tienen gran incidencia en el grado de integración
inteligente 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 tradicionalmente
separados

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Incremento de las velocidades de transmisión

Los requerimientos de ancho de banda para redes de área local se van
incrementando constantemente. Hace una década, velocidades de
transmisión de 1200 bits por segundo se consideraban suficientes para
conectar ordenadores con aparatos periféricos. Actualmente es común
tener velocidades de transmisión de 10 ó 16 Mbps, y se esperan
velocidades sobre 100 Mbps en el futuro cercano como un estándar
comercial.
El cableado de un edificio se puede enfocar de dos maneras: uniforme (o
estructurado) y no uniforme. Los sistemas no estructurados utilizan
esquemas de cableado diferentes para cada uno de los sistemas y
servicios del edificio. Los sistemas de telecomunicaciones,
procesamiento de datos, control de energía, seguridad, control de
incendio y otros sistemas se conectan sobre esquemas diferentes. Esto se
conoce como el enfoque tradicional.

Ejemplo de un Sistema de Cableado Estructurado Típico

1. Ensambles para Conexiones
Provisionales 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 o
switch). La distancia máxima es de 90 m, y se prevén 10 m más para
interconexión (100 m en total)

El cableado horizontal incorpora el sistema de cableado que se extiende
desde la salida de área de trabajo de telecomunicaciones (Work Area
Outlet, 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 transportar
señales de telecomunicaciones entre el área de trabajo y el cuarto
de telecomunicaciones. Estos componentes son los "contenidos"
de las rutas y espacios horizontales.
• Rutas y Espacios Horizontales (también llamados "sistemas de
distribución horizontal"). Las rutas y espacios horizontales son
utilizados para distribuir y soportar cable horizontal y conectar
hardware entre la salida del área de trabajo y el cuarto de
telecomunicaciones. Estas rutas y espacios son los "contenedores"
del cableado horizontal.
El cableado horizontal incluye:
• Las salidas (cajas/placas/conectores) de telecomunicaciones en
el área de trabajo. En inglés: Work Area Outlets (WAO).
• Cables y conectores de transición instalados entre las salidas del
área de trabajo y el cuarto de telecomunicaciones.

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• Paneles de empate (patch) y cables de empate utilizados para
configurar las conexiones de cableado horizontal en el cuarto de
telecomunicaciones.

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 interconexiones
entre cuartos de entrada de servicios de edificio, cuartos de equipo y
cuartos de telecomunicaciones. El cableado del backbone incluye la
conexión vertical entre pisos en edificios de varios pisos, los medios de
transmisión (cables), puntos principales e intermedios de conexión
cruzada y terminaciones mecánicas.
– La función del cableado vertical es la interconexión de los diferentes
armarios de comunicaciones.
– El cableado vertical es típicamente menos costoso de instalar y debe
poder ser modificado con más flexibilidad.
El cableado vertical provee la interconexión de telecomunicaciones, salas
de equipo e instalaciones de entrada. Consiste en los cables centrales,
interconexiones intermedias y principales, terminaciones mecánicas y
cables de parcheo o puentes, utilizados para interconexiones de central a
central. Esto incluye:
• Conexión vertical entre pisos (conductores verticales "riser")
• Cables entre la sala de equipo y las instalaciones de entrada del
cableado 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 Entre Edificios:
• Cobre: 90mts • Cobre: 800 mts
• Fibra Optica: 500 mts • Fibra Optica Multimodo: 2Km
• Fibra Optica Monomodo: 3Km

Las distancias centrales están sujetas a la aplicación. Las distancias
máximas especificadas arriba están basadas en transmisión de voz para
UTP 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 de
20 a 300 Mhz. Una distancia de 90 metros también se aplica a UTP a
anchos de banda de 5 a 16 MHz para CAT 3, 10 a 20 MHz para CAT 4 y
20 a 100 MHz para CAT 5.

Backbone concentrado

Con la llegada de los hubs de tercera generación, la fibra óptica y la gran
evolución experimentada por los routers, se llegó a una arquitectura de
interconexión mucho más flexible: el backbone concentrado.
El backbone concentrado consiste básicamente en un conjunto de
segmentos de red interconectados mediante un router de altas
prestaciones que, además, se encarga de las conexiones externas. Gracias
a la flexibilidad del cableado estructurado, los hubs de tercera
generación y las conexiones de fibra, evitaremos utilizar múltiples
routers. 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 1
Gbps.
ü Menor coste: sólo tenemos un router, tenemos menos interfaces
de red en total.
ü Administración y control centralizados.
Las subredes se conectan al router a través de fibra. Ésto hace que las
distancias 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 en
transportar, como flujo de bits, la información de una máquina a otra.
Para realizar esta función se van a utilizar diversos medios de
transmisión. Estos se pueden evaluar atendiendo a los siguientes
factores:
• Tipo de conductor utilizado.
• Velocidades máximas que pueden proporcionar (ancho de
banda).
• 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 área
local son cables de los siguientes tipos: par trenzado blindado y sin
blindar, cable coaxil y fibra óptica. Vamos a dar una pequeña
descripción de cada uno de ellos.

Líneas aéreas

Se trata del medio más sencillo y antiguo, que consiste en la utilización
de hilos de cobre o aluminio recubierto de cobre mediante los cuales se
configuran circuitos compuestos por un par de cables. Se han heredado
las líneas ya existentes en telegrafía y telefonía aunque en la actualidad
sólo se utilizan en algunas zonas rurales donde no existe ningún otro
tipo de líneas.

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Par trenzado sin blindar (UTP)

Es el soporte físico más utilizado en las redes de área local, pues es
barato y su instalación es barata y sencilla. Por él se pueden efectuar
transmisiones digitales (datos) o analógicas (voz). Consiste en un mazo
de conductores de cobre (protegidos cada conductor por un dieléctrico),
que están trenzados de dos en dos para evitar al máximo la diafonía. Un
cable de pares trenzados puede tener pocos o muchos pares; en
aplicaciones de datos lo normal es que tengan 4 pares. Uno de sus
inconvenientes es la alta sensibilidad que presenta ante las interferencias
electromagnéticas.

La categorización de estos cables fue dada por la EIA (Electronic
Industries Association), organismo que publicó el documento TBS-36,
titulado “ Boletín de sistemas técnicos - Especificaciones adicionales para
cables de par trenzado sin blindaje”. En dicho documento se dan las
diferentes especificaciones divididas por categoría de cable UTP
(Unshielded Twisted Pair). También se describen las técnicas empleadas
para medir dichas especificaciones. Por ejemplo, se definen la categoría 3
hasta 1 MHz, la categoría 4 hasta 20 MHz, y la categoría 5 hasta 100
MHz.
Los cables de categoría 1 y 2 se utilizan para voz y transmisión de datos
de baja capacidad (hasta 4 Mbps). Este tipo de cable es el idóneo para
comunicaciones telefónicas, pero las velocidades requeridas hoy en día
por las redes necesitan mejor calidad.
Los cables de categoría 3 (también conocidos como voice Grade, Cable
para voz) han sido diseñados para velocidades de hasta 10 Mbps. Se
suelle usar en redes IEEE 802.3 10 BASE-T y ATM a 25Mbps..
Los cables de categoría 4 pueden proporcionar velocidades de hasta 20
Mbps. Se usan para redes IEEE 802.5 Token Ring y Ethernet 10 BASE-T
para largas distancias.
Los cables de categoría 5 son los UTP con más prestaciones de los que se
dispone hoy en día. Soporta transmisiones de datos hasta 100 Mbps para
aplicaciones como TPDDI (FDDI sobre par trenzados) y desarrollan 155
Mbps en redes ATM.
Cada nivel sucesivo maximiza el traspaso de datos y minimiza las cuatro
limitaciones 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 radica
en el plástico aislante utilizado y en un número de trenzados por metro
más constante. Con esto se logra disminuir la capacidad distribuida del
cable, aumentando la frecuencia de transmisión. Otra aclaración
importante es que la frecuencia máxima de transmisión es por par; de
esta forma, las técnologías como 100VG-AnyLan pueden enviar 100
Mbps en cables de categoría 3 utilizando 4 pares.

Par trenzado blindado (STP)

Suele denominarse STP (Shielded Twisted Pair) y tiene en IBM a su
principal promotor. Como inconveniente tiene que es más caro que el
UTP, pero tiene la ventaja de que puede llegar a superar la velocidad de
transmisión de 100 Mbps.
Se diferencia el UTP en que los pares trenzados van recubiertos por una
malla, además del aislante exterior que poseen tanto los cables STP como
los UTP. Los conectores que suelen usar los cables de par trenzado son
RJ-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 sin
blindar 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 se
los conoce como Data Connector. Son muy voluminosos. El tipo III
utiliza conectores RJ-45.

Cable Coaxil

Los primeros sistemas informáticos utilizaron cable coaxil para conectar
terminales bobas que utilizaban los usuarios con las unidades centrales
de proceso. El cable coaxil, también utilizado para las antenas y sistemas
de cable de televisión, está compuesto por un conducto central, un
aislante rodeándolo y una malla. Un cable coaxil se especifica
principalmente por su impedancia característica, la cual se mide en
Ohms. Por ejemplo, las terminales de mainframe utilizan un cable coaxil
de 93 Ohms; las redes Ethernet 10Base2, uno de 50 Ohms; y las antenas
de TV, cable de 75 Ohms.
La mayor ventaja que brinda el cable coaxil es que ofrece un gran ancho
de banda e inmunidad al ruido a muy bajo costo. Esta fue la razón por la
que fue adoptado en muchos sistemas (mainframes, redes LANs) como
la primera alternativa de medio físico.

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Entre los sistemas que utilizan cable coaxil como medio físico de
transmisión en forma nativa se encuantran :
• Mainframes IBM: Utilizan cable coaxil de 93 Ohms entre las
terminales de ususario y los controladores de terminal.
• Equipos Midrange IBM, como el AS/400, utiliza un cable coaxil
especial con dos conductores en lugar de uno llamado
“TWINAX”. Las terminales de estos equipos se conectan una
detrás de otra (esto se denomina “daisy chain”, hasta un número
de siete por cada segmento coaxil).
• Otros equipos midrange como los WANG utilizaban dos cables
coaxiles 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, más
delgado y flexible, se denominó “Thin Ethernet”, “Thinnet” o
“Ethernet fino”.

Existen distintos tipos de cables coaxiales, entre los que destacan los
siguientes:
• Cable estándar Ethernet, de tipo especial conforme a las normas
IEEE 802.3 10Base5. Se denomina también “cable coaxial grueso”,
y tiene una impedancia de 50 Ohmios. El conector que utiliza es
del tipo N.
• Coaxial Ethernet delgado, denominado también RG58, con una
impedancia 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 de
IBM, 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 físico
en las redes locales y públicas. De todas formas, su coste aún sigue
siendo demasiado elevado para que se utilice de forma generalizada. En
la actualidad se lo usa principalmente para conexiones entre edificios.
La fibra óptica está compuesta por un hilo de vidrio envuelto por una
capa de algodón y un revestimiento de plástico. Es necesaria la
existencia de un dispositivo activo que convierta las señales eléctricas en
luz y viceversa.
Las ventajas de la fibra óptica residen en la resistencia total que ofrece a
interferencias electromagnéticas, en ser un soporte físico muy ligero y,
sobre todo, a que ofrecen distancias más largas de transmisión que los
anteriores soportes. Sus inconvenientes se encuentran en el coste (sobre
todo 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 está
compuesta por dos estructuras que tienen índice de refracción
distintas. La señal de longitud de onda no visible por el ojo
humano se propaga por reflexión. Así se consigue un ancho de
banda de 100 Mhz.
• Fibra óptica multimodo con índice gradual. El índice de
refracción aumenta proporcionalmente a la distancia radial
respecto al eje de la fibra óptica. Es la fibra más utilizada y
proporciona un ancho de banda de 1 GHz.
• Fibra óptica monomodo. Sólo se propagan los rayos paralelos al
eje 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) que
se conectan sobre los slots de expansión de las computadoras, y son las
responsables de la transmisión y recepción de los frames desde el medio
de 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 de
conectores 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 los
tres conectores posibles los cuales, dependiendo de la instalación física
que se disponga, brindarán alguno de los distintos servicios
Existen asimismo una diversidad de modelos de placas de red, con
precios y características que varían dependiendo de las distintas
características 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 tecnología
que implemente (placas para PCs, notebooks, etc.)
Además, se pueden encontrar en este nivel otros tipos de dispositivos
especiales, como por ejemplo los Print Servers, dando la posibilidad de
conectar una impresora directamente a la red.

Repetidores

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

La función básica del repetidor es la de recibir, amplificar y retransmitir
la señal que se encuentra viajando por el medio, así como también la de
restaurar la simetría y posición de cada señal.
En síntesis, las operaciones de un repetidor son transparentes para los
datos y simplemente se limita a regenerar las señales.

Durante la implementación de una red de trabajo de gran envergadura
en la que es recomendable el uso de repetidores pueden surgir
inconvenientes producidos por el retardo consecuente de la
regeneración de la señal. Esto limita el numero de segmentos que se
pueden interconectar.
Como resultado de ello surge la regla del "5-4-3". En ésta se especifica
que el numero máximo de segmentos que pueden ser interconectados es
de cinco ("5"), con cuatro repetidores ("4"), y donde tres denota el
número de nodos.

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Los tipos de repetidores varían según el medio. Se pueden ubicar los
repetidores eléctricos, los cuales reciben la señal eléctrica e
inmediatamente regeneran la señal. Otro tipo sería el de los dispositivos
electro-ópticos (por ejemplo los FIORL). Este último tipo de repetidores
convierten las señales eléctricas en señales ópticas para la transmisión.
La ventaja de estos repetidores está dada por la distancia que puede
recorrer la señal, y por la necesidad mínima de instalación de cableado.
Los precios, al igual que la mayoría de los productos, varían según las
características, como por ejemplo la cantidad de ports y calidad de
componentes (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 del
bridge a nivel de capa 2 (Capa de Enlace).
Cuando comienza la operación, el bridge toma el frame transmitido
sobre las LAN, al nivel de DLL. Una vez extraído el frame, se lee la
dirección MAC del emisor. Esto se realiza para generar en memoria una
tabla de direcciones locales.
Además, lee la dirección de destino contenida en el frame. Si ésta
dirección no está contenida en la tabla local, el bridge asume que esa
dirección pertenece a otra red (u otro segmento). En caso de contener la
dirección, el bridge simplemente retransmite el frame sin alterar su ruta.
En el momento de la implementación es importante considerar dos
factores que definen la performance de los bridges:
• Tasa de filtración. Por filtración se entiende como el proceso de
obtención de las direcciones contenidas en el frame, la búsqueda
en la tabla, y reenvío de frame. Esta se encuentra directamente
relacionada con la performance, debido a que si la tasa de
filtración es demasiado alta puede transformarse en un cuello de
botella para el pasaje de tramas entre las redes o segmentos.
• Tasa de retransmisión. Es la segunda medida relacionada con la
performance de los bridges. La retransmisión es expresada en

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

Nuevas Características

La funcionalidad de los puentes se caracteriza por una serie de
incorporaciones en los últimos años:
• Tasa de filtrado y de retransmisión. Definen la performance de
bridge, son indicadores de la capacidad del bridge para la
aceptación, examinación y regeneración de los frames que corre
sobre una red (filtrado) y transferencia del frame hacia otra red
diferente (retransmisión).
• Retransmisión selectiva. Algunos bridges poseen la capacidad
de la retransmisión selectiva. Al bridge con esta características se
lo puede configurar para la retransmisión de frame
selectivamente, sobre la base de direcciones emisora y de destino
predefinida. También se pueden desarrollar caminos
predefinidos de los frames. Y además, se puede habilitar o
deshabilitar la transmisión de información entre estaciones.
• Soporte de múltiples puertos. La capacidad del soporte de
múltiples puertos, permitiendo la interconexión de 3 o más redes
locales.
• Frame Translation. Para interconectar diferentes tipos de redes
locales, el puente debe actuar de "traductor" entre redes.

En general se hallan dos tipos de bridges, diferenciados por el tipo de
servicio que realizan:
• Transparent Bridges. Son aquellos que proveen conexión a dos
redes locales pero con la misma capa DLL. El servicio de
Transparent Bridge posee una alta performance para las redes

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pequeñas de pocas estaciones. Este nivel de performance decrece
mientras se incrementa el número de interconexiones. La razón
de esta baja en la performance se da por el método utilizado por
el bridge para la retransmisión selectiva.
• Translating Bridges. Este servicio posee la habilidad de conectar
dos redes con distintos protocolos en la DLL. Usualmente las
redes que usan diferente tipos de DLL tienen distintos medios
físicos de comunicación, y consecuentemente los bridges se verán
obligados a poseer distintos tipos de conexiones para los ports.
La performance de estos tipos de bridges se ve afectada por una
serie de operaciones que incluyen la obtención, conversión y
generación de frames.

Operatoria de transformación de frames

Uno de los inconvenientes de la interconexión de dos redes distintas es
la conversión de frames, lo que afecta directamente a la performance.
La conversión desde 802.3 hacia 802.5 puede ser realizada descartando
ciertas porciones del frame 802.3 que no se aplican a los frames token
ring, copiando el 802.2 LLC Protocol Data Unit (PDU) de un frame a
otro, e insertando campos aplicables en los frames de Token-Ring. En
síntesis, la conversión se realiza insertando campos, copiando y
descartando datos, pero este proceso de conversión no siempre es
posible.

Operatoria del Bridge

Se examina a nivel MAC la información contenida en el frame,
cargándola en una memoria interna y generando una tabla local de
direcciones (con la dirección MAC y el puerto). La tabla generada en la
memoria, además del puerto y la dirección MAC, se complementa con
un dato del tipo estadístico, como por ejemplo el tiempo de ocurrencias
(o del último acceso a esa dirección MAC). Este dato es de vital
importancia dado que se utilizan para purgar las viejas direcciones, ya
que 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 formación
de loops, como se ve en la figura:

Este inconveniente fue solucionado por IEEE con el standard 802.1D con
un algoritmo inteligente conocido como Spanning Tree Protocol (STP),
que se basa en la teoría de grafos para convertir los loops en un árbol
por deshabilitación de vinculos.
Por parte de los bridges, la obtención de información de la topología la
obtiene por el uso de unas tramas denominadas Bridge Protocol Data
Unit (BPDU).
El bridge principal es el responsable del envío de un frame especial
(denominado HELLO) en intervalos entre 1 y 10 segundos. En BPDU se
define un llamado a la dirección MAC 800143000000, que es reconocido
por todos lo bridges.
En consecuencia, si un nuevo bridge entra a la red, dependiendo de su
estado (posición en la red) se determina su papel, es decir que
dependiendo de las características en donde está el nuevo bridge se
determina si va a ser un root bridge o un bridge normal. En forma
similar, cuando un bridge es removido de la red, se dispara otro proceso
de reconfiguración con los bridges restantes.

Configuraciones de bridge

Se pueden ver distintas configuraciones de los bridges. Las primeras
configuraciones dieron origen al bridge, como ser la configuración en
serie 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 una
visión más bien administrativa (o departamental), donde se aprecia una
mejoría cuando el tráfico entre segmentos, que definen la red, es
mínimo.

24


Una configuración mucho mas interesante es la de paralelo (o Puentes
en Paralelo), en la que un bridge actúa de respaldo del otro. Esta
configuración provee de un nivel de redundancia para vincular las dos
redes e incrementa significativamente la disponibilidad de una red con
respecto de la otra. Por ejemplo, supongamos que la disponibilidad de
cada bridge usado en serie es del 90%. Si se usa en cascada con dos
niveles seria del 81% (0.9*0.9). En cambio mediante la utilización de los
bridges en paralelo es del 1-(0.1*0.1) que es del 99 porciento.

Ruteadores

Es un dispositivo capaz de tomar decisiones inteligentes concernientes al
flujo de información en la red. Para complementar esto, los ruteadores
realizan una variedad de funciones que son significativamente
diferentes a las que realizan los puentes. Los ruteadores operan en el
nivel de Capa de Red (capa 3 del modelo OSI).
Los ruteadores son direccionables. Examinan frames que son
directamente enviados a ellos, observando las direcciones de red entre
cada frame para decidir su destino.
Los niveles superiores de los equipos conectados deben ser equivalentes
para que se puedan comunicar.
La Capa de Red recibe los datos y los procesa. En esta capa el paquete de
datos es desensamblado a la dirección de la red destinataria. Esta
dirección sería equivalente al código postal en una carta: en la realidad,
cada código postal se corresponde con una oficina de correo que luego
distribuye las cartas, teniendo en cuenta las calles para determinar el
punto final de entrega. Entonces, la dirección que encontramos en las
cartas, en nuestro ejemplo es llamada dirección MAC. Por lo tanto la
dirección de red es equivalente al código postal, mientras que la
dirección física ó dirección MAC del paquete es equivalente a la
dirección de la calle que se encuentran en las cartas.
El protocolo más popular soportado por los ruteadores es IP(Intenet
Protocol).

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Cuando una terminal tiene un paquete que transmitir, primero
determinará si el destinatario pertenece a la red local o a una red
distante, lo que requiere los servicios del ruteador. Para complementar
esto, la terminal utilizará la máscara de subred de bits en su
configuración para determinar si el destinatario se encuentra en la red
local. Si se comprueba que el destinatario se encuentra en una red
distante, entonces requerirá el uso del ruteador parra hacer posible la
transmisión de los datos.

Operaciones básicas de un ruteador

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

La figura B nos muestra la construcción inicial de tres tablas de ruteo. La
mayoría de los ruteadores son inicialmente configurados, y las tablas de
ruteo 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 el
ruteador 1 (R1) indica qué rutas debe emplear para comunicarse y
acceder a cada red Ethernet interconectada. R1 se podría comunicar con
el ruteador R2 para alcanzar la red 2, mientras que si se comunica con el
ruteador R3 podría alcanzar la red 3.
La Figura C indica la composición de un paquete originado por la
estación S2 perteneciente a la red 1 que va a ser transmitido a la estación
12 (S12) perteneciente a la red 2. El ruteador 1 (R1) primero examina la
dirección 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 el
paquete 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 la
red 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 a
partir de los protocolos de transmisión que utilizan. Así, podemos
obtener la siguiente división:
• Ruteadores dependientes del protocolo. El ruteador debe
conocer cuál es el mejor camino para que llegue el mensaje. Por
lo tanto, los ruteadores pertenecientes a cada red deben soportar
los protocolos pertenecientes al resto de las redes, ya que de otro
modo no es posible la comunicación
• Ruteadores independientes del protocolo. El ruteador
direcciona el problema de los protocolos de la red que no tienen
direcciones de red. Este protocolo asigna identificadores de red a
cada red cuyo sistema operativo no incluya direcciones de red en
su Protocolo de Red. Esto posibilita que los distintos ruteadores
pertenecientes a las distintas redes intercambien sus direcciones
y que se genere un mapa de las redes que se hallan
interconectadas.

Protocolos de ruteo

Es el método utilizado por los ruteadores para intercambiar el ruteo de
los datos. Por lo tanto es fundamental para obtener la mayor eficiencia
posible.
El protocolo de ruteo es la llave elemental para transferir información a
través de la red de manera ordenada. El protocolo es el responsable de
encontrar los caminos entre los ruteadores, utilizando un mecanismo
predefinido.

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Tipos de protocolos de ruteo

Existen dos tipos de protocolos de ruteo:
• Protocolos de ruteo de dominio interior. Son utilizados para
controlar el flujo de información entre una serie de redes
separadas que están interconectadas para conformar una red
mayor. Los protocolos crean tablas de ruteo para cada sistema
autónomo, utilizando métricas -tales como tiempo de demora-
para encontrar rutas entre las diferentes redes
• Protocolos de ruteo de dominio exterior. Son utilizados para
conectar dominios separados. Especifica el método por el cual los
ruteadores intercambian información y determinan a que red se
puede 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 manera
más 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 paquetes
podrían ser ruteados vía L1 y utilizando TR2 para proveer un
mecanismo de transporte a R4, desde el cual los paquetes son
entregados 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 la
disponibilidad 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 un
destino en particular, se basa en el análisis de ciertas variables que se
mencionan a continuación:
• Hop Count. Indica el número de ruteadores a través de los cuales un
paquete debe pasar para llegar a destino
• Ticks. Es una medida del tiempo requerido por un paquete para
llegar a destino. Cada tick es equivalente aproximadamente a 55
milisegundos.
• Bandwidth. Ancho de banda
• Delay. Tiempo requerido para movilizar un paquete desde el emisor
hasta 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 múltiples
caminos, mientras que un puente puede tomar decisiones
inteligentes de ruteo, pero sólo dentro del ámbito del área local.
• Un ruteador es capaz de adquirir información acerca de las
estadísticas de un gran número de caminos y seleccionar un camino
final consistente de una serie de vínculos.
• La mayoría de los ruteadores pueden fragmentar y reensamblar los
datos. Esto permite a los paquetes viajar a través de diferentes
caminos y ser reensamblados cuando llegan a su destino final. Con
esta capacidad, un ruteador puede enrutar cada paquete al destino a
través de la mejor posibilidad, la más eficiente, en un momento
determinado y modificar el camino dinámicamente. En la figura
anterior se puede observar que una ruta alternativa para acceder a
la 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 en
un 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 topología
es más lenta que en los ruteadores.
• Los puentes se hallan limitados al número de nodos que pueden
estar interconectados.

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• Los puentes pueden perder paquetes que son demasiados largos
para transmitir.
• La instalación de un puente es mucho más sencilla que la de un
ruteador.

Pasarelas

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

Definición de pasarela

Es un producto que realiza conversiones de protocolos a través de las
siete capas del Modelo OSI. Por lo tanto una pasarela realiza todas las
funciones de un ruteador, y también conversiones de protocolos
requeridas desde la Capa de Aplicación del Modelo OSI.
Uno de los más comunes tipos de pasarelas es el e-mail gateway, que
convierte el documento e-mail a otro. Por ejemplo una cierta parte de la
empresa trabaja con cierto tipo de programa para comunicarse a través
de mails de manera interna. Si se require conectividad con el resto de las
redes pertenecientes a la empresa, que utiliza otro tipo de programas, la
pasarela debe convertir este tipo de mail, desde una red hacia la otra en
cuestión.

Hubs

Un hub es un equipo electrónico activo que sirve de concentrador y
sincronizador de los datos que transitan entre las distintas placas de red
de 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 para
establecer 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 un
hub convencional, lo cual no sólo brinda capacidades para administrar
la red, sino que además posibilita la interconexión de diferentes redes
integrando 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 la
performance
• 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 estructura
de bus, se conoce comúnmente con el nombre de “cascadeo”. El
crecimiento de la red puede provocar que un sólo hub no sea suficiente,
con lo que se hace necesario realizar el proceso de cascadeo.

Hub Hub Hub

“Cascadeo” de hubs

La instalación de dos o más hubs en un rack requieren de un cableado
de un hub a otro, para facilitar esta instalación, los proveedores
desarrollaron un dispositivo denominado concentrador.
El concentrador es un tipo especial de hub que tiene una construcción
interna que elimina la necesidad de cascadear con el crecimiento de la
red.
Los más comunes soportan más de 100 conexiones Ethernet 10BaseT, y
poseen 2 conexiones especiales, una de las cuales está reservada para

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

Segmentación de la red

En los hubs tradicionales, las estaciones compiten por una franja del
ancho de banda, generando colisiones cuando dos o más estaciones
intentan transmitir al mismo tiempo. Para solucionar el problema que
presentan las colisiones se usan diferentes métodos de segmentación de
red.
Uno de los métodos usados para aliviar las congestiones consiste en usar
un servidor con capacidades internas de puenteo. Se divide la red en dos
segmentos por medio de la instalación de dos placas de red dentro del
servidor. Esta construcción reduce el tráfico en cada uno de ellos, así
como también permite que un usuario de uno de los segmentos
transmita y reciba información de un usuario del otro, y que además
ambos usuarios mantengan un acceso simultáneo al servidor.
Este tipo de construcción presenta algunos problemas, por ejemplo, el
servidor, además de desempeñar sus funciones típicas, debe realizar
funciones de puenteo, con lo que cae notoriamente su performance.

IBM Compatible

Hub Hub

Otros métodos consisten en segmentar usando bridges y routers.

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Switching Hubs

La incorporación de un microprocesador dentro de los hubs puede
considerarse como el primer paso del desarrollo de los switching hubs.
Los mismos cuentan además con una programación adicional dentro del
microprocesador, que le permite examinar la dirección destino de cada
frame.
Los switching hubs, gracias a su diseño interno, son capaces de leer la
dirección de un frame y realizar una operación de switcheo basada sobre
datos almacenados en la memoria del hub.
Hay 2 tipos de switching hubs :
• Switching hubs de capa 2 , que podrían ser comparados con los
bridges
• Switching hubs de capa 3, que podrían ser comparados con los
routers.
La diferencia entre los tipos anteriores reside en que realizan la
operación de switcheo en capas diferentes.
Los primeros buscan dentro del frame la dirección destino MAC,
mientras que los segundos hacen una búsqueda más profunda, para
determinar la dirección destino de red.
Los switches capa 2 pueden ser considerados como representantes más
sofisticados 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 lee
las direcciones destino y las usa para determinar el criterio de switcheo
de 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 podemos
mencionar dos: Crosspoint y Store and Forward

Crosspoint

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

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Una vez que la dirección del puerto es encontrada, el switch comienza la
transmisión entre el puerto destino y el fuente.
Si la dirección del puerto coincide con la dirección del puerto del cual
fue recibido el frame, entonces no se necesita ninguna operación de
switcheo, y el switch descarta el frame . Si la dirección de destino reside
en un puerto diferente, el switch obtiene el puerto destino correcto e
inicia la conexión.
Si la dirección destino no es encontrada en la tabla, entonces el switch
inunda el frame por todo el bus interno. Esta inundación inhibe al
switch a realizar conexiones simultáneas.
Con esta técnica sólo se requiere almacenar una pequeña porción del
frame, hasta que sea posible leer su destino (a través de la búsqueda en
la tabla antes mencionada) e iniciar el switcheo a un puerto apropiado,
con lo que se reduce notoriamente la latencia y se minimiza el retardo
asociado 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 tanto
esta técnica puede no realizar el chequeo de errores del paquete. Esto
provocará que el paquete sea transmitido de todas formas, lo que
causará un desperdicio innecesario de la red.

Store and Forward

Los switches que utilizan esta técnica almacenan todo el paquete
entrante en un buffer. Esto le permite al switch realizar un chequeo del
CRC, 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 manera
que en la técnica anterior, en caso contrario se comienza un proceso de
filtrado ( que dependerá de la arquitectura usada ) por el cual se van
descartando 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 que
se necesita almacenar todo el paquete.
Los switches también pueden clasificarse conforme a si soportan
direcciones simples o múltiples.
Los switches que soportan direcciones simples se conocen como
switches basados en puertos, los cuales asocian cada puerto con una
dirección simple (en el caso de switches capa 2, cada puerto estaría
asociado a una única dirección MAC). Como característica, estos
switches tienen un tiempo de búsqueda muy corto, pero restringen el
switcheo a un dispositivo por puerto.
Los switches que soportan múltiples direcciones son conocidos como
switches orientados a segmentos, los cuales permiten switchear la
conectividad entre múltiples segmentos de LANs (ya que pueden
soportar múltiples direcciones por cada puerto).

Arquitectura del switch

La mayoría de los switches consisten en un chasis en el cual se insertan
diferentes 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, y
realiza el testeo del switch.
• Módulo Lógico. Es el responsable de comparar las direcciones
destino de los frames contra la tabla de direcciones, y del
mantenimiento de la misma. Luego de esto da instrucciones al
módulo de matriz para que inicie el switcheo crossbar.
• Módulo de Matriz. Es el representante del cruce de lineas de
cableado desde cada puerto a los demás. Cuando recibe una
instrucción desde el módulo lógico, el módulo de matriz inicia el
cruce de conexión entre el puerto fuente y el puerto destino, para
la duración del frame. Este módulo determina la clave de la
operación del switch.

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