CCNP SWITCH 642-813 Official Certification Guide (Part II – Chapter 2.1 Layer 2 Switch Operation)

1. Layer 2 Switch Operation (Conmutación de capa 2)

En este primer capítulo, se hace un breve resumen en el que se identifican las características de un Hub Ethernet y un Switch Ethernet.

Hub Ethernet

Históricamente, Ethernet usaba CSMA/CD (Acceso múltiple por detección de portadora/detección de colisiones-Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect) para detectar y manipular las colisiones y para administrar la reanudación de las comunicaciones. Ya que todos los dispositivos emplean un bus lógico Ethernet compartido para enviar sus mensajes por el mismo medio, CSMA se utiliza para detectar la actividad eléctrica en el cable. Un dispositivo puede determinar cuándo transmitir si no detecta a ninguna otra computadora enviando una señal.

Ethernet Primitivo

Proceso CSMA/CD

  • Escuchar antes de enviar: Si un dispositivo tiene una trama pendiente de enviar, debe escuchar antes de transmitirla. Si detecta una señal procedente de otro dispositivo, esperará un determinado tiempo antes de volver a intentar transmitir.
  • Detectar una colisión: Si dos dispositivos transmiten al mismo tiempo, los mensajes se propagan por el medio compartido hasta que se encuentra. En ese momento, las señales se mezclan, se produce la colisión y el mensaje se destruye. Aunque los mensajes estén corrompidos, el conglomerado de señales sobrantes continúa propagándose por el medio. Mientras esta transmisión continúa, el dispositivo sigue escuchando el medio para determinar si se ha producido una colisión. Si la trama es enviada sin detectarse una colisión, el dispositivo vuelve a su estado de escucha.
  • Señal de colisión y backoff aleatorio: Si se produce una colisión, los dispositivos transmisores continuarán transmitiendo durante un periodo específico de tiempo para asegurarse de que todos los demás elementos de la red la detectan. Esto recibe el nombre de señal de colisión. Este atasco se utiliza para notificar al resto de dispositivos que se ha producido una colisión y de que será necesario invocar un algoritmo de backoff. Este algoritmo hace que todos los dispositivos dejen de transmitir durante un periodo de tiempo aleatorio para que las señales causantes de la colisión disminuyan y el medio se estabilice. Una vez que el retardo de backoff ha expirado en un dispositivo, éste vuelve a su estado “escuchar antes de transmitir”.

 Switch Ethernet

 A diferencia del los hubs, los switches mejoran considerablemente el rendimiento de la red Ethernet. Los switches permiten la segmentación de la LAN en dominios de colisión separados. Cada puerto del switch representa un dominio de colisión y proporciona todo el ancho de banda disponible al nodo o nodos conectados a ese puerto. Con menos nodos, la media de ancho de banda disponible para cada uno de ellos aumenta y las colisiones se reducen.

Ethernet basada en Switch

Transparent Bridging

Tenemos dos tipos de dispositivos de capa 2 (Bridges y L2 Switches).

Bridge

Existen 2 tipos (Transparent y Multiport).

  • Transparent Bridge: Tiene 2 puertos y la tabla de forwarding (MAC Address + Switch Port).
  • Multiport Bridge: Es igual que el Transparent Bridge, solo que tiene más de puertos (8, 16, …) y la tabla de forwarding (MAC Address + Switch Port).

L2 Switches

Un switch de capa 2, es igual que un Multiport Bridge con la diferencia de que maneja VLAN’s. Tiene varios puertos 8, 16, …, y la tabla de forwarding (MAC Address + Switch Port + VLAN).

¿Cómo funciona la tabla de Forwarding?

Cuando recibimos una trama por un puerto del switch, el switch inspecciona la MAC address de origen. Si esta MAC Address no existe en la tabla de direcciones (CAM), la añadimos.

Las tramas de entrada también incluyen la dirección MAC de destino. Una vez más, se comprueba que dicha MAC está en la tabla de direcciones (CAM), si esta existe, entonces enviamos la trama hacia el puerto del switch que se corresponda. En el caso de no existir la MAC address en la tabla de direcciones (CAM), entonces se envía la trama por todos aquellos puertos cuya VLAN coincida con la VLAN de origen (unicast Flooding).

Flujo de una trama

Cuando una trama llega a un puerto del switch, esta se coloca en la cola de puertos de entrada (ingress queues). Estas colas contiene las tramas a re-enviar y cada cola tiene diferentes prioridades o niveles de servicio. De esta forma se puede determinar que tramas se deben enviar primero.

Antes de que la trama sea enviada, se deben verificar 3 puntos:

  1. L2 forwarding table: La dirección MAC de destino debe estar en la tabla CAM. Si no está, la trama será marcada para ser enviada por todos los puertos cuya VLAN coincida con la VLAN de origen de la trama.
  2. Security ACLs: Las ACL (Access Control Lists) pueden ser usadas para identificar tramas registradas con su MAC-Add, tipos de protocolos (para non-IP frames), direcciones IP, protocolos, y puertos de capa 4. La TCAM (Ternary Content-Addressable Memory) contiene las ACLs compiladas de tal forma que la decisión de si una trama se re-envía o no, se realiza simplemente echándole un vistazo a dicha lista. 
  3. QoS ACLs: Otras ACLs pueden clasificar las tramas de entrada de acuerdo a unos parámetros de calidad de servicio (QoS-Quality of Service), para mantener o controlar la velocidad de flujo del tráfico, y para marcar los parámetros de QoS en las tramas salientes.

Un saludo a tod@s,

JMHAlegre

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