Implementación y Componentes Clave de Redes LAN Conmutadas

Modelo Jerárquico de Tres Capas en Redes LAN

El modelo jerárquico de tres capas es fundamental para el diseño de redes de área local (LAN) escalables y eficientes. Estas capas son:

Capa de Acceso

• Proporciona un medio de conexión a la red para los dispositivos finales.
• Controla los dispositivos que pueden comunicarse en la red.
• Puede incluir switches, puentes, hubs y puntos de acceso inalámbricos.

Capa de Distribución

• Agrega los datos recibidos de los switches de la capa de acceso antes de transmitirlos a la capa de núcleo.
• Controla el flujo de tráfico de la red y delimita los dominios de broadcast.
• Realiza funciones de enrutamiento entre las LAN virtuales (VLAN).
• Los switches en esta capa son dispositivos de alto rendimiento que presentan alta disponibilidad y redundancia para asegurar la fiabilidad.

Capa de Núcleo

• Es la backbone o troncal de alta velocidad de la internetwork.
• Interconecta los dispositivos de la capa de distribución.
• Debe contar con redundancia y capacidad para enviar grandes cantidades de datos rápidamente.
• El área del núcleo conecta a los recursos de Internet.

Definiciones Clave en Redes Conmutadas

Diámetro de la Red

Es el número de switches en la ruta del tráfico entre dos puntos finales.

Redundancia

Los enlaces redundantes entre las capas de redes jerárquicas aseguran la disponibilidad y la tolerancia a fallos de la red.

Agregado de Ancho de Banda (Link Aggregation)

Se implementa al combinar varios enlaces en paralelo entre dos switches en un único enlace lógico. Esto permite un rendimiento superior entre los switches a fin de lograr el ancho de banda requerido.

Red Convergente

La convergencia es el proceso de combinación de las comunicaciones de voz, video y datos en una única infraestructura de red.

Características Esenciales de los Switches

Factor de Forma

El factor de forma define la estructura física del switch y su capacidad de expansión:

• Switches Fijos: El modelo particular que se compra determina las características y opciones disponibles. No son expandibles.
• Switches Modulares: Chasis de diferentes tamaños permiten la instalación de distintos números de tarjetas de línea modulares. Las tarjetas de línea son las que contienen los puertos.
• Switches Apilables: Los switches se apilan uno sobre otro y los cables los conectan en forma de cadena de margarita. Los switches apilados operan con efectividad como un único switch más grande.

Densidad de Puerto

Es el número de puertos disponibles en un solo switch.

• Los de configuración fija admiten hasta 48 puertos en un solo dispositivo.
• Los modulares admiten densidades de puerto muy altas al agregar múltiples tarjetas de línea.
• Las altas densidades de puerto permiten un mejor uso del espacio y la energía.

Velocidad de Reenvío

Indica la cantidad de datos que puede procesar el switch por segundo. Los switches se clasifican según sus velocidades de reenvío.

• Los switches de la capa de acceso presentan velocidades inferiores que los de la capa de distribución y la del núcleo.
• Si la velocidad de reenvío es demasiado baja, el dispositivo no puede soportar la comunicación a velocidad de cable completa a través de todos sus puertos.

Power over Ethernet (PoE)

Permite que el switch suministre energía eléctrica a un dispositivo (como teléfonos IP o puntos de acceso) a través del cableado de Ethernet existente.

Secuencia de Campos de una Trama Ethernet

Los campos de una trama Ethernet se presentan secuencialmente en el siguiente orden:

1. Preámbulo
2. Delimitador de Inicio de Trama (SFD)
3. Dirección MAC de Destino
4. Dirección MAC de Origen
5. Longitud / Tipo
6. Encabezado y Datos (Payload)
7. Secuencia de Verificación de Trama (FCS)

Gestión de Tablas de Direcciones MAC por los Switches

Los switches utilizan las tablas de direcciones MAC para tomar decisiones de reenvío de tramas:

1. Cuando un switch recibe una trama de datos entrante y la dirección MAC de destino no figura en su tabla, este reenvía la trama a todos los puertos, excepto al que la recibió (actúa como un hub).
2. Cuando el nodo de destino responde, el switch registra la dirección MAC de este nodo y el puerto asociado en la tabla de direcciones.
3. En redes que cuentan con varios switches interconectados, las tablas de direcciones MAC registran múltiples direcciones MAC para los puertos que conectan los switches, reflejando los nodos de destino alcanzables a través de ese enlace.

Diferencia entre Dominios de Colisión y Dominios de Broadcast

Dominio de Colisión

Es el área de la red dentro de la cual se propagan las tramas que han sufrido colisiones. Los dispositivos de Capa 1, como repetidores y hubs, propagan las colisiones. Los switches segmentan los dominios de colisión, ya que cada puerto de un switch representa un dominio de colisión independiente.

Dominio de Broadcast

Los switches no filtran las direcciones de broadcast. Una serie de switches interconectados forma un dominio de broadcast simple.

Solo una entidad de Capa 3, como un router o una LAN virtual (VLAN), puede detener o segmentar un dominio de broadcast de Capa 2. Los routers y las VLAN se utilizan para segmentar tanto los dominios de colisión como los de broadcast.