Capítulo 7: Switching Ethernet PDF

Capítulo 7: Switching Ethernet Índice 7.1 Tramas Ethernet..............................................................................................................................2 7.1.1 Encapsulamiento de Ethernet..................................................................................

Capítulo 7: Switching Ethernet Índice 7.1 Tramas Ethernet..............................................................................................................................2 7.1.1 Encapsulamiento de Ethernet..................................................................................................2 7.1.2 Subcapas de enlace de datos...................................................................................................2 7.1.3 Subcapa MAC.........................................................................................................................2 7.1.4 Campos de trama de Ethernet.................................................................................................4 7.1.5 Compruebe su comprensión - Ethernet Switching.................................................................5 7.1.6 Lab - Utilizar Wireshark para examinar tramas de Ethernet..................................................5 7.2 Dirección MAC de Ethernet........................................................................................................... 5 7.2.1 Dirección MAC y hexadecimal.............................................................................................. 5 7.2.2 Dirección MAC de Ethernet...................................................................................................6 7.2.3 Procesamiento de tramas........................................................................................................ 7 7.2.4 Dirección MAC unicast (de unidifusión)................................................................................7 7.2.5 Dirección MAC broadcast......................................................................................................8 7.2.6 Dirección MAC de multicast..................................................................................................9 7.2.7 Lab - Ver las direcciones MAC del dispositivo de red.........................................................10 7.3 Tabla de direcciones MAC...........................................................................................................10 7.3.1 Fundamentos de switches..................................................................................................... 10 7.3.2 Switch, Aprendiendo y Reenviando......................................................................................11 Aprender....................................................................................................................................11 Reenviar.................................................................................................................................... 12 7.3.3 Filtrado de tramas................................................................................................................. 13 7.3.4 Video: Tablas de direcciones MAC en switches conectados................................................13 7.3.5 Video - Envío de una trama al gateway predeterminado......................................................14 7.3.6 Actividad: ¡El Switch!.......................................................................................................... 14 7.3.7 Lab - Visualización de la tabla de direcciones MAC del switch..........................................14 7.4 Velocidades y métodos de reenvío del switch.............................................................................. 15 7.4.1 Métodos de reenvío de tramas de los switches.....................................................................15 7.4.2 Switching por método de corte.............................................................................................15 7.4.3 Almacenamiento en búfer de memoria en los switches........................................................16 Método de almacenamiento en búfer de memoria....................................................................16 7.4.4 Configuración de dúplex y velocidad...................................................................................16 7.4.5 Auto-MDIX (MDIX automático)..........................................................................................17 7.4.6 Compruebe su comprensión — Cambiar velocidades y métodos de reenvío.......................18 7.1 Tramas Ethernet 7.1.1 Encapsulamiento de Ethernet Ethernet es una de las dos tecnologías LAN utilizadas hoy en día, siendo la otra la LAN inalámbrica (WLAN). Ethernet utiliza comunicaciones por cable, incluyendo pares trenzados, enlaces de fibra óptica y cables coaxiales. Ethernet funciona en la capa de enlace de datos y en la capa física. Es una familia de tecnologías de red definidas en los estándares IEEE 802.2 y 802.3. Ethernet soporta los siguientes anchos de banda de datos:  10 Mbps 100 Mbps 1000 Mbps (1 Gbps) 2,5 Gbps, 5Gbps (multigigabit) 10.000 Mbps (10 Gbps) 40,000 Mbps (40 Gbps) 100, 200, 400 y 800 Gbps Como se muestra en la figura, los estándares de Ethernet definen tanto protocolos de Capa 2 como tecnologías de Capa 1. Ethernet se define mediante protocolos de capa física y de capa de enlace de datos. 7.1.2 Subcapas de enlace de datos Los protocolos IEEE 802 LAN/MAN, incluyendo Ethernet, utilizan dos subcapas independientes siguientes de la capa de enlace de datos para operar: Subcapa LLC (Logical Link Control: Control de enlace lógico): Esta subcapa IEEE 802.2 entre el software de la capa de red y el hardware del dispositivo en las capas inferiores. Coloca en la trama información que identifica qué protocolo de capa de red se utiliza para la trama. Esta información permite que múltiples protocolos de Capa 3, como IPv4 e IPv6, utilicen la misma interfaz de red y medios. Subcapa MAC (Media Access Control: Control de acceso al medio): Esta subcapa (IEEE 802.3, 802.11 o 802.15, por ejemplo) se implementa en hardware y es responsable de la encapsulación de datos y control de acceso a medios. Proporciona direccionamiento de capa de enlace de datos y está integrado con varias tecnologías de capa física. 7.1.3 Subcapa MAC La subcapa MAC es responsable de la encapsulación de datos y el acceso a los medios. CCNAv7 Capítulo 7: Switching Ethernet 2/18 Encapsulación de datos La encapsulación de datos IEEE 802.3 incluye lo siguiente: Delimitación de tramas: El proceso de entramado proporciona delimitadores importantes que se utilizan para identificar un grupo de bits que componen una trama. Estos bits delimitadores proporcionan sincronización entre los nodos de transmisión y de recepción. Direccionamiento: proporciona direccionamiento de destino y origen para transportar la trama de capa 2 entre dispositivos en el mismo medio compartido. Detección de errores: Cada trama contiene una Secuencia de Verificación de Trama (SVT o FCS: Frame Check Sequence) en el tráiler, utilizado para detectar errores de transmisión. Accediendo a los medios Como se muestra en la figura, la subcapa MAC IEEE 802.3 incluye las especificaciones para diferentes estándares de comunicaciones Ethernet sobre varios tipos de medios, incluyendo cobre y fibra. Recuerde que Ethernet heredado utiliza una topología lógica de bus (coaxial o hubs), es un medio compartido, semidúplex. Ethernet semidúplex (medio duplex) utiliza un método de acceso basado en contienda, detección de accesos múltiples/detección de colisiones (CSMA/CD) Esto garantiza que sólo un dispositivo esté transmitiendo a la vez. CSMA/CD permite que varios dispositivos compartan el mismo medio semidúplex, detectando una colisión cuando más de un dispositivo intenta transmitir simultáneamente. También proporciona un algoritmo de retroceso para la retransmisión. Las LAN Ethernet de hoy utilizan switches que funcionan en dúplex completo. Las comunicaciones dúplex CCNAv7 Capítulo 7: Switching Ethernet 3/18 completo con switches Ethernet no requieren control de acceso a través de CSMA/CD. 7.1.4 Campos de trama de Ethernet El tamaño mínimo de trama de Ethernet es de 64 bytes, y el máximo es de 1518 bytes. Esto incluye todos los bytes del campo de dirección MAC de destino a través del campo de secuencia de verificación de trama (FCS). El campo preámbulo y el SFD no se incluyen al describir el tamaño de una trama. Cualquier trama de menos de 64 bytes de longitud se considera un fragmento de colisión o una trama corta, y es descartada automáticamente por las estaciones receptoras. Las tramas de más de 1500 bytes de datos se consideran “jumbos” o tramas bebés gigantes. Si el tamaño de una trama transmitida es menor que el mínimo o mayor que el máximo, el dispositivo receptor descarta la trama. Es posible que las tramas descartadas se originen en colisiones u otras señales no deseadas. Ellas se consideran inválidas Las tramas jumbo suelen ser compatibles con la mayoría de los switches y NIC Fast Ethernet y Gigabit Ethernet, pero deben configurarse para ello. La figura muestra los campos de la trama Ethernet. Consulte la tabla para obtener más información sobre la función de cada campo. Campo Descripción Campos Preámbulo y El Preámbulo (7 bytes) y el Delimitador de inicio de trama (SFD: Start Delimitador de inicio de trama Frame Delimiter), también llamado Inicio de Trama (1 byte), los campos se utilizan para la sincronización entre el envío y recepción de dispositivos. Estos primeros ocho bytes de trama son utilizados para llamar la atención de los nodos receptores. Esencialmente, los primeros bytes le dicen a los receptores que se preparen para recibir una nueva trama. Campo Dirección MAC de Este campo de 6 bytes es el identificador del destinatario deseado. Como destino usted recordará, esta dirección es utilizada por la capa 2 para ayudar a los dispositivos en determinar si una trama está dirigido a ellos. La dirección en la trama es comparada con la dirección MAC en el dispositivo. Si hay una coincidencia, se acepta la trama. Puede ser una dirección unicast, multicast o broadcast. Campo Dirección MAC de Este campo de 6 bytes identifica la NIC o la interfaz de origen de la trama. origen Tipo/Longitud Este campo de 2 bytes identifica el protocolo de capa superior encapsulado en la trama de Ethernet. Valores comunes son: 0x0800 (IPv4), 0x0806 (ARP) 0x86DD (IPv6), 0x8100 (802.1Q) https://www.iana.org/assignments/ieee-802-numbers/ieee-802-numbers.xhtml Nota: También puede ver este campo denominado como EtherType, Type o CCNAv7 Capítulo 7: Switching Ethernet 4/18  Length. Campo de datos Este campo (46 - 1500 bytes) contiene los datos encapsulados de una capa superior, que es una PDU genérica de Capa 3, o más comúnmente, un paquete IPv4. Todas las tramas deben tener, al menos, 64 bytes de longitud. Si se encapsula un paquete pequeño, se utilizan bytes adicionales (o un campo adicional) llamados pad (padding: relleno) para aumentar el tamaño de la trama a este tamaño mínimo. Campo Secuencia de El campo Secuencia de verificación de trama (FCS) (4 bytes) se usa para verificación de trama detectar errores en una trama. Utiliza una comprobación de redundancia cíclica (CRC: Cyclic Redundancy Check). El dispositivo de envío incluye los resultados de un CRC en el campo FCS de la trama. El dispositivo receptor recibe la trama y genera una CRC para buscar por errores. Si los cálculos coinciden, significa que no se produjo ningún error. Cálculos que no coinciden son una indicación de que los datos han cambiado; por lo tanto, la trama se descarta. Un cambio en los datos podría ser el resultado de una interrupción de las señales eléctricas que representan los bits. https://en.wikipedia.org/wiki/Cyclic_redundancy_check 7.1.5 Compruebe su comprensión - Ethernet Switching 7.1.6 Lab - Utilizar Wireshark para examinar tramas de Ethernet 7.2 Dirección MAC de Ethernet 7.2.1 Dirección MAC y hexadecimal En redes, las direcciones IPv4 se representan utilizando el sistema de números decimal, de base diez y el sistema de números binarios de base 2. Las direcciones IPv6 y las direcciones MAC Ethernet se representan en hexadecimal. Una dirección MAC Ethernet es un valor binario de 48 bits. Se usa el hexadecimal para identificar una dirección Ethernet porque un solo dígito hexadecimal representa cuatro bits binarios. Por lo tanto, una dirección MAC Ethernet de 48 bits se puede expresar utilizando sólo 12 dígitos hexadecimales. Dado que 8 bits (un byte) es un método de agrupación binaria común, los números binarios del 00000000 al 11111111 se pueden representar en hexadecimal como el rango del 00 al FF. Cuando se usa hexadecimal, los ceros iniciales siempre se muestran para completar la representación de 8 bits. Por ejemplo, el valor binario 0000 1010 se muestra en hexadecimal como 0A. En documentación (y en programación), los números hexadecimales suelen escribirse precedidos por 0x (por ejemplo, 0x73) para distinguir entre valores decimales y hexadecimales. El hexadecimal también puede estar representado por un subíndice 16 (73 16), o el número hexadecimal seguido de una H (73H). Es posible que tenga que convertir entre valores decimales y hexadecimales. Si es necesario realizar dichas conversiones, generalmente, es más fácil convertir el valor decimal o hexadecimal a un valor binario y, a CCNAv7 Capítulo 7: Switching Ethernet 5/18 continuación, convertir ese valor binario a un valor decimal o hexadecimal, según corresponda. 7.2.2 Dirección MAC de Ethernet En una LAN Ethernet, cada dispositivo de red está conectado a los mismos medios compartidos. La dirección MAC se utiliza para identificar los dispositivos físicos de origen y destino (NIC) en el segmento de red local. El direccionamiento MAC proporciona un método para la identificación del dispositivo en la capa de enlace de datos del modelo OSI. Una dirección MAC Ethernet es una dirección de 48 bits expresada con 12 dígitos hexadecimales , como se muestra en la figura. Debido a que un byte equivale a 8 bits, también podemos decir que una dirección MAC tiene 6 bytes de longitud. Todas las direcciones MAC deben ser únicas para el dispositivo Ethernet o la interfaz Ethernet. Para garantizar esto, todos los proveedores que venden dispositivos Ethernet deben registrarse con el IEEE para obtener un código único de 6 dígitos hexadecimales (es decir, 24 bits o 3 bytes) denominado identificador único de organización (OUI: Organizationally Unique Identifier). https://standards-oui.ieee.org/ Cuando un proveedor asigna una dirección MAC a un dispositivo o interfaz Ethernet, el proveedor debe hacer lo siguiente: Utilice su OUI asignado como los primeros 6 dígitos hexadecimales. Asigne un valor único en los últimos 6 dígitos hexadecimales. Por lo tanto, una dirección MAC Ethernet consiste en un código OUI de proveedor seguido de un valor asignado por el proveedor de 24 bits (otros 6 dígitos hexadecimales), como se muestra en la figura. Por ejemplo, suponga que Cisco necesita asignar una dirección MAC única a un nuevo dispositivo. El IEEE ha asignado a Cisco un OUI 00-60-2F. Cisco configuraría entonces el dispositivo con un código de proveedor único como 3A-07-BC. Por lo tanto, la dirección MAC Ethernet de ese dispositivo sería 00-60-2F-3A-07-BC. Es responsabilidad del proveedor asegurarse de que ninguno de sus dispositivos tenga asignada la misma dirección MAC. Sin embargo, es posible que existan direcciones MAC duplicadas debido a errores de fabricación, errores cometidos en algunos métodos de implementación de máquinas virtuales o modificaciones realizadas con herramientas de software; en cuyo caso, será necesario modificar la CCNAv7 Capítulo 7: Switching Ethernet 6/18 dirección MAC cambiando de NIC o realizando modificaciones mediante software. 7.2.3 Procesamiento de tramas A veces, la dirección MAC se conoce como una dirección grabada (BIA: Burned In Address) porque la dirección está codificada en la memoria de solo lectura (ROM) en la NIC. Es decir que la dirección está codificada en el chip de la ROM de manera permanente. Nota: En los sistemas operativos de PC y NIC modernos, es posible cambiar la dirección MAC por software. Esto es útil cuando se intenta acceder a una red filtrada por BIA. En consecuencia, el filtrado o el control de tráfico basado en la dirección MAC ya no son seguros. Cuando el ordenador se inicia, la NIC copia su dirección MAC de la ROM a la RAM. Cuando un dispositivo envía un mensaje a una red Ethernet, el encabezado Ethernet incluye: Dirección MAC de origen: es la dirección MAC de la NIC del dispositivo origen. Dirección MAC de destino: es la dirección MAC de la NIC del dispositivo de destino. En la animación, haga clic en Reproducir para ver el proceso de reenvío de tramas. Cuando una NIC recibe una trama de Ethernet, examina la dirección MAC de destino para ver si coincide con la dirección MAC almacenada en la RAM. Si no coincide, el dispositivo descarta la trama. Si coincide, recibe toda la trama y envía el contenido desencapsulado a la capa superior. Nota: Las NIC de Ethernet también aceptarán tramas si la dirección MAC de destino está asociada a un grupo multicast del que es miembro el host. Cualquier dispositivo origen o destino de una trama Ethernet, tendrá una NIC Ethernet y, por lo tanto, una dirección MAC. Esto incluye estaciones de trabajo, servidores, impresoras, dispositivos móviles y routers. 7.2.4 Dirección MAC unicast (de unidifusión) En Ethernet, se utilizan diferentes direcciones MAC para las comunicaciones unicast, multicast y broadcast. Una dirección MAC unicast es la dirección única que se utiliza cuando se envía una trama desde un único dispositivo de transmisión a un único dispositivo de destino. Haga clic en Reproducir en la animación para ver cómo se procesa una trama de unicast. En este ejemplo, la dirección MAC de destino y la dirección IP de destino son unicast. CCNAv7 Capítulo 7: Switching Ethernet 7/18 En el ejemplo de la animación, un host con la dirección IPv4 192.168.1.5 (origen) solicita una página web del servidor en la dirección IPv4 unicast 192.168.1.200. Para que un paquete unicast se envíe y se reciba, la dirección IP de destino debe estar incluida en el encabezado del paquete IP. Además, el encabezado de la trama Ethernet también debe contener una dirección MAC de destino correspondiente. Las direcciones IP y MAC se combinan para la distribución de datos a un host de destino específico. El proceso que utiliza un host de origen para determinar la dirección MAC de destino asociada a una dirección IPv4 se conoce como Protocolo de resolución de direcciones (ARP: Address Resolution Protocol). Bajo IPv6 se conoce como Neighbor Discovery Protocol (NDP o simplemente ND). Nota: La dirección MAC de origen siempre es unicast. 7.2.5 Dirección MAC broadcast Cuando se envía una trama Ethernet de broadast, cada dispositivo de la LAN la recibe y procesa. Las características de una transmisión Ethernet de broadcast son las siguientes: Tiene una dirección MAC de destino de FF-FF-FF-FF-FF-FF en hexadecimal (48 unos en binario). El Switch inunda todos los puertos del switch con esa trama excepto el puerto entrante. No es reenviado por el router. Si los datos encapsulados son un paquete broadcast IPv4, esto significa que el paquete contiene una dirección IPv4 de destino que tiene todos los (1s) en la parte del host. Esta numeración en la dirección significa que todos los hosts de esa red local (dominio de broadcast) recibirán y procesarán el paquete. En este ejemplo, la dirección MAC de destino y la dirección IP de destino son ambas broadcasts. CCNAv7 Capítulo 7: Switching Ethernet 8/18 Como se muestra en la animación, el host de origen envía un paquete broadcast IPv4 a todos los dispositivos de la red. La dirección IPv4 de destino es una dirección broadcast: 192.168.1.255. Cuando el paquete de broadcast IPv4 se encapsula en la trama de Ethernet, la dirección MAC de destino es la dirección MAC de difusión FF- FF-FF-FF-FF-FF en hexadecimal (48 números uno en binario). DHCP para IPv4 utiliza direcciones de broadcast Ethernet e IPv4. Sin embargo, no todas las transmisiones Ethernet de broadcast llevan un paquete de broadcast IPv4. Por ejemplo, las solicitudes ARP no utilizan IPv4, pero el mensaje ARP se envía como un broadcast Ethernet. 7.2.6 Dirección MAC de multicast Una trama multicast Ethernet es recibida y procesada por un grupo de dispositivos en la LAN Ethernet que pertenecen al mismo grupo de multicast. Las características de una multicast Ethernet son las siguientes: Hay una dirección MAC de destino que empieza por 01-00-5E cuando los datos encapsulados son un paquete de multicast IPv4 y una dirección MAC de destino de 33-33 cuando los datos encapsulados son un paquete multicast IPv6. Existen otras direcciones MAC de destino multicast reservadas para cuando los datos encapsulados no son IP, como Spanning Tree Protocol (STP) y Link Layer Discovery Protocol (LLDP). Se inundan todos los puertos del switch Ethernet excepto el puerto entrante, a menos que el switch esté configurado para la indagación de multicast (IGMP snooping). El tráfico multicast no es reenviado por un router, a menos que el router esté configurado para enrutar paquetes multicast. Si los datos encapsulados son un paquete de multicast IP, a los dispositivos que pertenecen a un grupo de multicast se les asigna una dirección IP de grupo de multicast. El rango de direcciones multicast IPv4 multicast es 224.0.0.0 a 239.255.255.255. El rango de direcciones de multicast IPv6 es ff00::/8. Debido a que una dirección multicast representa un grupo de hosts, solo se pueden utilizar como el destino de un paquete. El CCNAv7 Capítulo 7: Switching Ethernet 9/18 origen siempre es una dirección unicast. Al igual que con las direcciones de unicast y broadcast, la dirección IP multicast requiere una dirección MAC multicast correspondiente para entregar tramas en una red local. La dirección MAC de multicast está asociada a la dirección multicast IPv4 o IPv6. En este ejemplo, la dirección MAC de destino y la dirección IP de destino son ambas multicast. Los protocolos de enrutamiento y otros protocolos de red utilizan direccionamiento multicast. Las aplicaciones como el software de vídeo e imágenes también pueden utilizar direccionamiento multicast, aunque las aplicaciones multicast no son tan comunes. 7.2.7 Lab - Ver las direcciones MAC del dispositivo de red 0 PC -> ipconfig /all show arp show mac address-table 7.3 Tabla de direcciones MAC 7.3.1 Fundamentos de switches Ahora que sabe todo acerca de las direcciones MAC Ethernet, es hora de hablar sobre cómo un switch utiliza estas direcciones para reenviar (o descartar) tramas a otros dispositivos de una red. Si un switch reenvía cada trama que recibe, por todos los puertos, su red estaría tan congestionada que probablemente se detendría por completo. Un switch Ethernet de capa 2 usa direcciones MAC de capa 2 para tomar decisiones de reenvío. No tiene conocimiento de los datos (protocolo) que se transportan en el campo "datos" de la trama, como un CCNAv7 Capítulo 7: Switching Ethernet 10/18 paquete IPv4, un mensaje ARP o un paquete IPv6 ND. El switch toma sus decisiones de reenvío basándose únicamente en las direcciones MAC Ethernet de capa 2. Un switch Ethernet examina su tabla de direcciones MAC para tomar una decisión de reenvío para cada trama (a diferencia de los hubs Ethernet antiguos que repiten bits en todos los puertos excepto el puerto entrante). En la ilustración, se acaba de encender el switch de cuatro puertos. La tabla muestra la tabla de direcciones MAC que aún no ha aprendido las direcciones MAC para las cuatro PC conectadas. Nota: Las direcciones MAC se acortan a lo largo de este tema con fines de demostración. Nota: En ocasiones, la tabla de direcciones MAC se denomina tabla de memoria de contenido direccionable (CAM: Content Addressable Memory). Aunque el término “tabla CAM” es bastante común, en este curso nos referiremos a ella como “tabla de direcciones MAC”. 7.3.2 Switch, Aprendiendo y Reenviando El switch construye la tabla de direcciones MAC de manera dinámica tras examinar la dirección MAC de origen de las tramas recibidas en un puerto. El switch reenvía las tramas después de buscar una coincidencia entre la dirección MAC de destino de la trama y una entrada de la tabla de direcciones MAC. Aprender Examinar la dirección MAC de Origen Se revisa cada trama que ingresa a un switch para obtener información nueva. Esto se realiza examinando la dirección MAC de origen de la trama y el número de puerto por el que ingresó al switch. Si la dirección MAC de origen no existe, la agrega a la tabla junto con el número de puerto de entrada. Si la dirección MAC de origen existe, el switch actualiza el temporizador de actualización para esa entrada. De manera predeterminada, la mayoría de los switches Ethernet guardan una entrada en la tabla durante cinco minutos. En la figura, por ejemplo, PC-A está enviando una trama Ethernet a PC-D. La tabla muestra que el switch agrega la dirección MAC para PC-A a la tabla de direcciones MAC. Nota: Si la dirección MAC de origen existe en la tabla, pero en un puerto diferente, el switch la trata como una entrada nueva. La entrada se reemplaza con la misma dirección MAC, pero con el número de puerto más actual. CCNAv7 Capítulo 7: Switching Ethernet 11/18 Reenviar Buscar dirección MAC de destino Si la dirección MAC de destino es una dirección unicast, el switch busca una coincidencia entre la dirección MAC de destino de la trama y una entrada en la tabla de direcciones MAC. Si la dirección MAC de destino está en la tabla, reenvía la trama por el puerto especificado. Si la dirección MAC de destino no está en la tabla, el switch reenvía la trama por todos los puertos, excepto el de entrada. Esto se conoce como unicast desconocida. Como se muestra en la figura, el switch no tiene la dirección MAC de destino en su tabla para PC-D, por lo que envía la trama a todos los puertos excepto el puerto 1. Nota: Si la dirección MAC de destino es de broadcast o multicast, la trama se reenvía por todos los puertos, excepto el de entrada. CCNAv7 Capítulo 7: Switching Ethernet 12/18 7.3.3 Filtrado de tramas A medida que un switch recibe tramas de diferentes dispositivos, puede completar la tabla de direcciones MAC examinando la dirección MAC de origen de cada trama. Cuando la tabla de direcciones MAC del switch contiene la dirección MAC de destino, puede filtrar la trama y reenviarla por un solo puerto. Haga clic en cada botón para obtener una ilustración y una explicación de cómo un switch filtra tramas. En la figura, PC-D responde a PC-A. El switch ve la dirección MAC de PC-D en la trama entrante en el puerto 4. A continuación, el switch coloca la dirección MAC de PC-D en la tabla de direcciones MAC asociada con el puerto 4. A continuación, dado que el switch tiene la dirección MAC de destino para PC-A en la Tabla de direcciones MAC, enviará la trama solo al puerto 1. A continuación, PC-A envía otro trama a PC-D como se muestra en la figura. La tabla de direcciones MAC ya contiene la dirección MAC para PC-A; por lo tanto, el temporizador de actualización de cinco minutos para esa entrada se restablece. Luego, debido a que la tabla de switch contiene la dirección MAC de destino para PC-D, envía la trama solo por el puerto 4. 7.3.4 Video: Tablas de direcciones MAC en switches conectados Un switch puede tener muchas direcciones MAC asociadas a un solo puerto. Esto es común cuando el switch está conectado a otro switch. El switch tiene una entrada independiente en la tabla de direcciones MAC para cada trama recibida con una dirección MAC de origen diferente. CCNAv7 Capítulo 7: Switching Ethernet 13/18 7.3.5 Video - Envío de una trama al gateway predeterminado Cuando un dispositivo tiene una dirección IP ubicada en una red remota, la trama de Ethernet no se puede enviar directamente al dispositivo de destino. En cambio, la trama de Ethernet se envía a la dirección MAC del gateway predeterminado: el router. En la ilustración, haga clic en Reproducir para ver una demostración de cómo la PC-A se comunica con el gateway predeterminado. Nota: En el vídeo, el paquete IP que envía PC-A tiene como dirección IP de origen la de PC-A y como dirección IP de destino, la del host remoto. El paquete IP de retorno tiene la dirección IP de origen del host remoto, y la dirección IP de destino de PC A (se invierten los papeles entre origen y destino en la dirección IP del paquete de respuesta). 7.3.6 Actividad: ¡El Switch! Realiza la actividad al menos 10 veces. 7.3.7 Lab - Visualización de la tabla de direcciones MAC del switch show mac address-table CCNAv7 Capítulo 7: Switching Ethernet 14/18 clear mac address-table dynamic PC -> arp -a 7.4 Velocidades y métodos de reenvío del switch 7.4.1 Métodos de reenvío de tramas de los switches Como aprendió en el tema anterior, los switches utilizan sus tablas de direcciones MAC para determinar qué puerto utilizar para reenviar tramas. Con los switches Cisco, en realidad hay dos métodos de reenvío de tramas y hay buenas razones para usar uno en lugar del otro, dependiendo de la situación. Los switches utilizan uno de los siguientes métodos de reenvío para el switching de datos entre puertos de la red: Store-and-forward switching (método de almacenamiento y reenvío): Este método de reenvío de trama recibe la trama completa y calcula el CRC. La CRC utiliza una fórmula matemática basada en la cantidad de bits (números uno) de la trama para determinar si esta tiene algún error. Si el CRC es correcto, el switch busca la dirección de destino, que determina la interfaz de salida. Luego, la trama se reenvía al puerto adecuado. Cut-through switching (método de corte): Este método de reenvío de tramas reenvía la trama antes de que se reciba por completo. Como mínimo, se debe leer la dirección de destino para que la trama se pueda reenviar. Una gran ventaja de store-and-forward, es que determina si una trama tiene errores antes de propagarla. Cuando se detecta un error en la trama, el switch la descarta. El proceso de descarte de las tramas con errores reduce el ancho de banda consumido por datos dañados. Store-and-forward se requiere para el análisis de calidad de servicio (QoS) en las redes convergentes, donde se necesita una clasificación de la trama para decidir el orden de prioridad del tráfico. Por ejemplo, los flujos de datos de voz sobre IP deben tener prioridad sobre el tráfico de navegación web. 7.4.2 Switching por método de corte En este tipo de switching, el switch actúa sobre los datos apenas los recibe, incluso si la transmisión aún no se completó. El switch almacena la cantidad suficiente de la trama como para leer la dirección MAC de destino para que pueda determinar a qué puerto debe reenviar los datos. La dirección MAC de destino se encuentra en los primeros 6 bytes de la trama después del preámbulo. El switch busca la dirección MAC de destino en la tabla de switching, determina el puerto de la interfaz de salida y reenvía la trama a su destino mediante el puerto de switch designado. El switch no lleva a cabo ninguna verificación de errores en la trama. A continuación, se presentan dos variantes del cut-through switching: Fast-forward switching (reenvío rápido): Este método ofrece el nivel de latencia más bajo. Fast- forward switching reenvía el paquete inmediatamente después de leer la dirección de destino. Como el fast-forward switching comienza a reenviar el paquete antes de recibirlo por completo, es posible que, a veces, los paquetes se distribuyan con errores. Esto ocurre con poca frecuencia y la NIC de destino descarta el paquete defectuoso al recibirlo. En el modo de fast-forward, la latencia se mide desde el primer bit recibido hasta el primer bit transmitido. El fast-forward switching es el método de corte típico. Fragment-free switching (libre de fragmentos): En este método, el switch almacena los primeros 64 bytes de la trama antes de reenviarla. El fragment-free switching se puede ver como un punto medio entre el store-and-forward switching y el fast-forward switching. El motivo por el que el fragment-free CCNAv7 Capítulo 7: Switching Ethernet 15/18  switching almacena solamente los primeros 64 bytes de la trama es que la mayoría de los errores y las colisiones de la red se producen en esos primeros 64 bytes. El fragment-free switching intenta mejorar el fast-forward switching al realizar una pequeña verificación de errores en los 64 bytes de la trama para asegurar que no haya ocurrido una colisión antes de reenviarla. Este método de fragment-free switching es un punto medio entre la alta latencia y la alta integridad del store-and-forward switching, y la baja latencia y la baja integridad del fast-forward switching. Algunos switches están configurados para usar cut-through switching en cada puerto hasta alcanzar un umbral de errores definido por el usuario y, luego, cambiar automáticamente al store-and-forward. Si el índice de error está por debajo del umbral, el puerto vuelve automáticamente al método de corte. 7.4.3 Almacenamiento en búfer de memoria en los switches Un switch Ethernet puede usar una técnica de almacenamiento en búfer para almacenar tramas antes de reenviarlas. También se puede utilizar el almacenamiento en búfer cuando el puerto de destino está ocupado debido a la congestión. El switch almacena la trama hasta que se pueda transmitir. Como se muestra en la tabla, hay dos métodos de almacenamiento en memoria intermedia: Método de almacenamiento en búfer de memoria Método Descripción Memoria basada en puerto Las tramas se almacenan en colas asociadas a puertos específicos de entrada y puertos de salida. Una trama se transmite al puerto de salida sólo cuando todas las tramas en la cola se han transmitido correctamente. Es posible que una sola trama retrase la transmisión de todas las tramas en memoria debido a un puerto de destino ocupado. Esta demora se produce aunque las demás tramas se puedan transmitir a puertos de destino abiertos. Memoria compartida Deposita las tramas en un búfer de memoria común compartida por todos los puertos del switch. La cantidad de memoria intermedia requerida por un puerto es asignada dinámicamente. Las tramas que están en el búfer se enlazan de forma dinámica al puerto de destino. que permite recibir una trama en un puerto y, transmitirlo por otro puerto, sin moverlo a una cola diferente. El almacenamiento en búfer de memoria compartida también da como resultado la capacidad de almacenar tramas más grandes con potencialmente menos tramas descartadas. Esto es importante con la conmutación asimétrica, que permite diferentes velocidades de datos en diferentes puertos, como cuando se conecta un servidor a un puerto de switch de 10 Gbps y PC a puertos de 1 Gbps. 7.4.4 Configuración de dúplex y velocidad Dos de las configuraciones más básicas en un switch son el ancho de banda (a veces denominado "velocidad") y la configuración dúplex para cada puerto de switch individual. Es fundamental que los parámetros de dúplex y de ancho de banda coincidan entre el puerto de switch y los dispositivos conectados, como una computadora u otro switch. Se utilizan dos tipos de parámetros dúplex para las comunicaciones en una red Ethernet: Full-duplex - Ambos extremos de la conexión pueden enviar y recibir datos simultáneamente. Half-duplex - Solo uno de los extremos de la conexión puede enviar datos por vez. CCNAv7 Capítulo 7: Switching Ethernet 16/18 La autonegociación es una función optativa que se encuentra en la mayoría de los switches Ethernet y NICs. Permite que dos dispositivos negocien automáticamente las mejores capacidades de velocidad y dúplex. Si ambos dispositivos tienen la funcionalidad, se selecciona dúplex completo, junto con el ancho de banda común más alto. En la figura, la NIC Ethernet para PC-A puede funcionar en duplex completo o semiduplex, y en 10 Mbps o 100 Mbps. La PC-A está conectada al switch S2 en el puerto 1, que puede operar en duplex completo o medio duplex, y en 10 Mbps, 100 Mbps o 1000 Mbps (1 Gbps). Si ambos dispositivos utilizan la autonegociación, el modo de funcionamiento será en dúplex completo y a 100 Mb/s. Nota: La mayoría de los switches y las NIC de Ethernet tienen por defecto la negociación automática para velocidad y dúplex. Los puertos Gigabit Ethernet solamente funcionan en dúplex completo. La falta de coincidencia dúplex es una de las causas más comunes de problemas de rendimiento en enlaces Ethernet de 10/100 Mbps. Ocurre cuando un puerto en el enlace opera en semiduplex mientras que el otro puerto opera en duplex completo. La falta de coincidencia dúplex se produce cuando se restablecen uno o ambos puertos en un enlace, y el proceso de negociación automática no da como resultado que ambos extremos del enlace tengan la misma configuración. También puede ocurrir cuando los usuarios reconfiguran un lado del enlace y olvidan reconfigurar el otro. Ambos lados de un enlace deben tener activada la autonegociación, o bien ambos deben tenerla desactivada. La práctica recomendada es configurar ambos puertos del switch Ethernet como dúplex completo (o mejor auto). 7.4.5 Auto-MDIX (MDIX automático) Antiguamente, las conexiones entre dispositivos requerían el uso de un cable cruzado o directo. El tipo de CCNAv7 Capítulo 7: Switching Ethernet 17/18 cable requerido dependía del tipo de dispositivos interconectados. Por ejemplo, la figura identifica el tipo de cable correcto necesario para interconectar dispositivos de switch a switch, switch a router, switch a host o router a host. Se utiliza un cable cruzado cuando se conectan dispositivos similares, y un cable directo para conectarse a dispositivos diferentes. Nota: Una conexión directa entre un router y un host requiere una conexión cruzada. Actualmente, la mayoría de los dispositivos admiten la característica interfaz cruzada automática dependiente del medio (auto-MDIX). Cuando está habilitado, el switch detecta automáticamente el tipo de cable conectado al puerto y configura las interfaces en consecuencia. Por lo tanto, se puede utilizar un cable directo o cruzado para realizar la conexión con un puerto 10/100/1000 de cobre situado en el switch, independientemente del tipo de dispositivo que esté en el otro extremo de la conexión. La función auto-MDIX está habilitada de manera predeterminada en los switches bajo Cisco IOS Release 12.2 (18) SE o posterior. Sin embargo, la característica podría estar deshabilitada. Por esta razón, siempre debe utilizar el tipo de cable correcto y no confiar en la función Auto-MDIX. Auto-MDIX se puede volver a habilitar mediante el comando de configuración de interfaz mdix auto 7.4.6 Compruebe su comprensión — Cambiar velocidades y métodos de reenvío Error en el test en español, pregunta 1. CCNAv7 Capítulo 7: Switching Ethernet 18/18