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Puentes y conmutadores LAN




Enviado por Pablo Turmero



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    Sumario Repaso de Telemática Repaso de Ethernet Puentes
    transparentes y conmutadores Microsegmentación. Full
    dúplex. Ataques en conmutadores Conmutadores gestionables
    y no gestionables Bucles entre puentes. Spanning Tree Redes
    locales virtuales (VLANs)

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    Modelos de referencia Modelo OSI (7 capas) Capa de
    Aplicación Capa Física Capa de Enlace Capa de Red
    Capa de Transporte Capa de Sesión Capa de
    Presentación Modelo Internet (4,5 capas) Capa de
    Aplicación Capa de Enlace (capa física) Capa de Red
    Capa de Transporte

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    La capa física Se ocupa de transmitir los bits Especifica
    cosas tales como: La forma de los conectores Las señales
    eléctricas u ópticas Las características y
    longitudes máximas de los cables Los datos se pueden
    transmitir: Por medios guiados (cables de cobre o fibra
    óptica), o Por medios no guiados (ondas de radio o
    infrarrojos) Las principales organizaciones de
    estandarización del nivel físico son el IEEE y la
    ITU-T

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    La capa física: fibra vs cobre

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    Capa física: ondas de radio Sistemas fijos (microondas,
    satélite) Gran capacidad y fiabilidad Costo de despliegue
    generalmente menor que los cables Uso de antenas direccionales, a
    menudo parabólicas Sistemas móviles (mas errores,
    menos velocidad que con cables) GSM, GPRS, UMTS: Baja capacidad
    (hasta 2 Mb/s) gran alcance WiFi: Gran capacidad (hasta 300 Mb/s)
    corto alcance WiMAX: Gran capacidad (hasta 70 Mb/s) alcance medio
    Bluetooth: Muy baja capacidad (700 Kb/s) muy corto alcance (10
    m)

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    Tipos de enlaces Un enlace puede ser: Simplex: transmisión
    en un solo sentido. Ej.: emisión de TV Semi-dúplex
    o half-duplex: transmisión en ambos sentidos, pero no a la
    vez. Ej.: walkie-talkies, redes WiFi (inalámbricas)
    Dúplex o full-duplex: transmisión simultánea
    en ambos sentidos. Ej.: conversación telefónica.
    Ethernet, ADSL En el caso dúplex y semi-dúplex el
    enlace puede ser: Simétrico (misma velocidad ambos
    sentidos). Ej.: Ethernet Asimétrico (diferente velocidad).
    Ej: ADSL

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    Velocidad y prefijos métricos Ejemplo: una conexión
    ADSL de 320/1024 Kbps (asc./desc.) envía 320.000 bits por
    segundo y recibe 1.024.000 bits por segundo Al expresar
    velocidades o caudales en telemática siempre lo hacemos en
    bits (no bytes!) por segundo y los prefijos siempre se usan con
    el significado métrico, nunca el informático:

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    La capa de enlace La principal función de la capa de
    enlace es comprobar que los datos enviados estan libres de error.
    Para ello se utiliza el CRC (Cyclic Redundancy Check) Cuando se
    detecta un error se pueden hacer tres cosas: Intentar corregirlo
    (no es posible con el CRC) Descartar el paquete erróneo y
    pedir reenvío Descartar el paquete erróneo y no
    decir nada En todos los casos habituales se procede de la tercera
    forma (se descarta y no se dice nada). Será normalmente la
    capa de transporte (en el host de destino) la que se encargue de
    solicitar la retransmisión de los datos al emisor. Pero no
    siempre es así, a veces la capa de transporte tampoco
    reenvía y el paquete erróneo simplemente se
    pierde

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    Capa de enlace: las tramas La capa de enlace transmite la
    información en tramas (‘frames’ en
    inglés). De forma general las tramas suelen tener la
    estructura siguiente: Bytes ? 2-14 0-9000 2 ó 4 El CRC
    permite al receptor comprobar que la trama no se ha alterado
    debido a errores de transmisión El CRC no es un mecanismo
    infalible. Un CRC de 2 bytes tiene una probabilidad de 1 en 216 =
    0,0015% de ser correcto por pura casualidad. Con 4 bytes la
    probabilidad es de 1 en 232 = 0,000000023% Aunque el CRC de 4
    bytes supone mayor overhead actualmente se utiliza
    preferentemente debido a su mayor seguridad

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    Arquitectura de los estándares IEEE 802 802.3: CSMA/CD
    (Ethernet) 802.15: Bluetooth 802.5: Token Ring 802.11: LANs
    Inalám- bricas 802.16: WiMAX 802.1: Puentes Transparentes
    802.2: LLC (Logical Link Control) Capa Física Subcapa LLC
    Subcapa MAC (Media Access Control) 802.1: Gestión 802.1:
    Perspectiva y Arquitectura 802.10: Seguridad … …
    … …

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    1000BASE-SX 10GBASE-LR 100BASE-TX 10BASE-T 10BASE5
    Denominación de medios en Ethernet Velocidad (Mb/s)
    Alcance (x100 m) BASE = Banda Base (digital) BROAD = Banda Ancha
    (analógico) Tipo de cable: T: Twisted (UTP) C: Coaxial F:
    Fiber (Fibra óptica) Transmisión:
    Codificación: X: Normal Longitud de onda de la luz (fibra
    óptica): S (Short): 980 nm L (Long): 1310 nm E (Extended):
    1550 nm Luz infrarroja

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    Algunos medios físicos de Ethernet

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    Desarrollo de Ethernet 1973: Bob Metcalfe (Xerox) realiza las
    primeras transmisiones sobre una red Ethernet, a 2,94 Mb/s sobre
    cable coaxial 1979: Las empresas DEC (Digital Equipment
    Corporation), Intel y Xerox crean una alianza para desarrollar
    Ethernet 1980: El consorcio DIX publica el ‘libro
    azul’ (primera especificación de Ethernet) 1981:
    3Com (fundada en 1979) comercializa las primeras tarjetas
    Ethernet 10BASE5 para PC 1983: El IEEE aprueba el estándar
    802.3, basado en Ethernet 1984: DEC comercializa los primeros
    puentes transparentes 1989: Se estandariza 10BASE-F, Ethernet
    sobre fibra óptica 1990: Se estandariza 10BASE-T, Ethernet
    sobre cable UTP (Unshielded Twisted Pair, pares trenzados no
    apantallados) 1990: La empresa Kalpana comercializa los primeros
    conmutadores LAN 1995: Se estandariza Fast Ethernet 1998: Se
    estandariza Gigabit Ethernet 2002: Se estandariza 10 Gigabit
    Ethernet 17/06/2010: Se aprueba el estándar 40/100
    GE

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    Ethernet 10BASE5 (1985-1990) Medio compartido Cable coaxial
    (grueso) Medio broadcast Longitud máxima 500 m Cable
    ‘drop’ Transceiver (transmitter-receiver), realiza la
    detección de colisiones Conector ‘vampiro’
    Terminador (resistencia 50 ?) Conector ‘barrel’
    (empalme)

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    CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access /Colision Detect):
    Analogía El funcionamiento de CSMA/CD es parecido al de
    una conversación informal entre un grupo de amigos: Cada
    individuo habla cuando quiere decir algo, sin esperar a que
    alguien le dé el turno de palabra y siempre y cuando no
    haya alguien hablando ya (Carrier Sense) Si causalmente dos
    personas empiezan a hablar a la vez, en cuanto se dan cuenta
    (Colision Detect) ambos se callan, esperan un tiempo aleatorio y
    reintentan más tarde Si se produce una nueva
    colisión el proceso se repite ampliando la pausa aleatoria
    para reducir el riesgo de nuevas colisiones

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    Escuchar canal (CS) Estación lista para enviar
    Transmisión completada con éxito Transmitir datos y
    escuchar canal (CD) Transmitir señal de atasco y parar
    Esperar tiempo aleatorio con crecimiento exponencial
    Colisión detectada Nuevo intento Canal ocupado Canal libre
    Colisión no detectada Funcionamiento del CSMA/CD

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    Hub 10BASE-T Conectores RJ45 Cables UTP-5 (máx. 100m)
    Todos los ordenadores comparten los 10 Mb/s Todos los ordenadores
    conectados al hub pueden colisionar, por eso decimos que todos
    forman un ‘dominio de colisión’ Ethernet
    compartida (1990-1995) 10 Mb/s 10 Mb/s 10 Mb/s 10 Mb/s 10
    Mb/s

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    Switch 10/100/1000BASE-T Conectores RJ45 Cables UTP-5
    (máx. 100m) Cada ordenador se conecta según la
    velocidad de su tarjeta Cada ordenador tiene una red ethernet
    para él solo. No hay colisiones, cada puerto es un dominio
    de colisión diferente Ethernet conmutada (1995- ) 10 Mb/s
    100 Mb/s 10 Mb/s 1000 Mb/s 100 Mb/s

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    Dominio de colisión Ethernet conmutada/compartida 10 Mb/s
    10 Mb/s 10 Mb/s 10 Mb/s 100 Mb/s 100 Mb/s 100 Mb/s 100 Mb/s 10
    Mb/s 100 Mb/s 100 Mb/s 100 Mb/s Dominio de colisión Switch
    10/100BASE-T Hub 10 Mb/s Hub 100 Mb/s Router

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    Estructura de la Trama Ethernet La detección de colisiones
    de Ethernet requiere que las tramas tengan una longitud
    mínima de 64 bytes. La longitud máxima es de 1518
    bytes (1500 bytes de datos más la cabecera y el CRC) El
    nivel físico añade 20 bytes a la trama ethernet 6 2
    6 0-1500 0-46 4 Longitud (bytes) El relleno solo está
    presente cuando es preciso para llegar al mínimo de 64
    bytes 12 Silencio Preám- bulo 8 Trama MAC (64-1518 bytes)
    Trama física (84-1538 bytes)

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    Tipos de emisiones en una LAN Unicast: La trama está
    dirigida a un host de la LAN en particular (en realidad a una
    interfaz de un host) Multicast: La trama está dirigida a
    un subconjunto de los hosts de la LAN. El subconjunto puede
    variar con el tiempo y abarcar todas, una parte o ninguna de las
    interfaces de la LAN Broadcast (dirección
    FF:FF:FF:FF:FF:FF): La trama va dirigida a todas las interfaces
    de la LAN. El broadcast se considera a veces un caso particular
    de multicast Las direcciones multicast y broadcast no deben
    aparecer nunca en las tramas como direcciones de origen, solo
    como direcciones de destino

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    Direcciones MAC = 0 Dirección Individual (unicast) = 1
    Dirección de Grupo (multicast/broadcast) = 0
    Dirección Global (administrada globalmente) = 1
    Dirección Local (administrada localmente) Parte asignada
    al fabricante (OUI) Parte específica del equipo Las
    direcciones se expresan con doce dígitos hexadecimales. No
    hay un formato estándar para expresarlas, los más
    habituales son: 00:30:A4:3C:0C:F1 00-30-A4-3C-0C-F1
    0030.A43C.0CF1

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    OUIs Los OUIs (Organizationally Unique Identifiers) los asigna el
    IEEE a cada fabricante. Cada OUI cuesta actualmente US$ 1650.
    Puesto que el OUI identifica al fabricante es posible averiguar
    la marca de una interfaz a partir de su MAC Muchos analizadores
    de protocolos llevan incorporadas tablas de los OUIs conocidos.
    Ej.: Wireshark (www.wireshark.org) También se puede
    consultar por Internet el OUI de una dirección concreta:
    http://www.8086.net/tools/mac/

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    MAC buscada Respuesta

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    Conversación políglota Imaginemos que un grupo de
    personas mantiene una conversación informal en la que
    emplean varios idiomas indistintamente. Imaginemos además
    que todos esos idiomas utilizan las mismas palabras y los mismos
    fonemas, de modo que no es posible deducir por contexto el idioma
    utilizado Cada vez que alguien fuera a decir una frase
    debería primero indicar el idioma que va a utilizar, para
    evitar malentendidos Podríamos hacer una lista de los
    idiomas asignándole a cada uno un número. Cuando
    alguien fuera a decir una frase diría antes un
    número en inglés indicando el idioma que va a
    utilizar

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    Campo Protocolo o ‘Ethertype’ En una LAN Ethernet se
    puede estar hablando diferentes ‘idiomas’ (protocolos
    de nivel de red) simultáneamente Para evitar
    ambigüedades es preciso identificar a que protocolo de red
    pertenece cada trama. Esto se consigue con un código de
    cuatro dígitos hexadecimales (dos bytes) llamado
    ‘Ethertype’ que va en la cabecera de la trama.
    Ejemplos: IP: 0x0800 ARP: 0x0806 Appletalk: 0x809b Los Ethertypes
    los registra el IEEE (cada ethertype cuesta US$ 2.500)

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    Campo Protocolo/longitud de Ethernet Por razones
    históricas este campo tiene dos posibles significados: Si
    es mayor que 1536 indica el protocolo de nivel de red al que
    pertenecen los datos. A este campo se le denomina
    ‘Ethertype’ Si es igual o menor que 1536 indica la
    longitud de la trama ehternet. La longitud realmente no hace
    falta porque siempre se puede deducir sabiendo el final de la
    trama (detectado por el silencio) Cuando este campo indica la
    longitud el Ethertype está al principio de los datos, en
    una cabecera adicional llamada cabecera LLC/SNAP (Logical Link
    Control/SubNetwork Access Protocol)

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    6 2 6 0-1500 0-46 4 Trama Ethernet II (DIX): Longitud (bytes) 6 2
    6 0-1492 0-38 4 Trama Ethernet IEEE 802.3: Longitud (bytes) 8
    Ethertype Diferentes formatos de la trama Ethernet

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    Puentes Separan redes a nivel MAC Objetivos: Mejorar rendimiento
    (separan tráfico local) Aumentar seguridad (los sniffers
    ya no capturan todo el tráfico) Aumentar la fiabilidad
    (actúan como puertas cortafuegos, un problema ya no afecta
    a toda la red) Permitir la interoperabilidad entre redes
    diferentes (Ethernet-WiFi) Mejorar alcance Permitir un mayor
    número de estaciones

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    LAN 1 LAN 2 Puente Interfaces en modo promiscuo ? ?
    Funcionamiento de un puente transparente A B A genera una trama
    con destino B que el puente recibe por ? El puente busca a B en
    su tabla de direcciones; como no la encuentra reenvía la
    trama por ? El puente incluye la dirección de A en su
    tabla de direcciones asociada a la interfaz ? Cuando B
    envía una trama de respuesta el puente incluirá la
    dirección de B en la tabla, asociada a la interfaz ? 5.
    Más tarde C envía una trama hacia A. El puente la
    recibe por ? pero no la reenvía por ? pues ya sabe que A
    está en ?. (Gp:) A?B (Gp:) B?A C D (Gp:) C?A (Gp:) C?A 6.
    Al ver la dirección de origen de esta trama el puente
    asocia C con ?. A ? B C ? ?

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    Formato de una trama MAC 802.x 6 6 4 En muchos casos el protocolo
    MAC no usa la Dirección de origen para nada La principal
    (y en la mayoría de los casos la única) utilidad de
    la dirección MAC de origen es permitir el funcionamiento
    de los puentes transparentes

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    Puentes transparentes (IEEE 802.1D) Se pueden utilizar en todo
    tipo de LANs Funcionan en modo ‘promiscuo’ (lo oyen
    todo) El puente averigua que estaciones (direcciones MAC) tiene a
    cada lado, y solo reenvía las tramas que: Van dirigidas a
    una estación al otro lado, o Tienen un destino desconocido
    que no aparece en la tabla, o Tienen una dirección de
    grupo (broadcast o multicast), ya que estas no figuran nunca como
    direcciones de origen y por tanto no están nunca en la
    tabla de direcciones La trama reenviada es idéntica a la
    original (la dirección MAC de origen no se cambia por la
    de la interfaz del puente). Aunque las interfaces del puente
    tengan direcciones MAC propias, estas direcciones no aparecen
    nunca en las tramas reenviadas.

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    Los puentes transparentes en la arquitectura IEEE 802 802.3:
    CSMA/CD (Ethernet) 802.1: Puentes Transparentes 802.2: LLC
    (Logical Link Control) Capa Física Subcapa LLC Subcapa MAC
    (Media Access Control) 802.1: Gestión 802.1: Perspectiva y
    Arquitectura 802.10: Seguridad Puente Homogéneo Puente
    Heterogéneo Puente Homogéneo 802.15: Bluetooth
    802.5: Token Ring 802.11: LANs Inalám- bricas 802.16:
    WiMAX … … … …

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    A F E B C P 1 ? ? ? ? Red con dos puentes D P 2 Desde el punto de
    vista de P1 las estaciones C, D, E y F están en la misma
    LAN, ya que cuando P2 reenvía por ? las tramas de E y F no
    cambia la dirección MAC de origen 10 Mb/s 10 Mb/s 10 Mb/s
    100 Mb/s

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    Trama recibida sin error en puerto x ¿Puerto de salida =
    x? Reenviar trama por puerto de salida Reenviar trama por todos
    los puertos excepto x ¿Dirección de origen
    encontrada en tabla CAM? Actualizar dirección y contador
    de tiempo Terminar Añadir dirección de origen a
    tabla CAM (con número de puerto y contador de tiempo)
    ¿Dirección de destino encontrada en tabla CAM?
    Reenvío Aprendizaje Sí No Sí No No Sí
    Funcionamiento de los puentes transparentes (transparent learning
    bridges)

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    Red de campus en los 80 Fac. Física Fac. Química
    Fac. Biología Serv. Informática 10 Mb/s (Coaxial
    grueso, 10BASE5) 10 Mb/s (Coaxial Fino, 10BASE2) 10 Mb/s (Coaxial
    Fino, 10BASE2) 10 Mb/s (Coaxial Fino, 10BASE2) 10 Mb/s (Coaxial
    Fino, 10BASE2) Backbone de campus

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    Switches (o conmutadores) LAN Un switch es funcionalmente
    equivalente a un puente transparente El switch implementa el
    algoritmo de conmutación de tramas en hardware, mientras
    que el puente lo hace en software Para ello utiliza chips
    diseñados específicamente para ello llamados ASICs
    (Application Specific Integrated Circuit) El switch es mucho
    más rápido que el puente, puede funcionar a la
    velocidad nominal de la interfaz, simultáneamente por
    todas sus interfaces (‘wire speed’) Normalmente los
    switches tienen muchas más interfaces (4-500) que los
    puentes (2-6) Hoy en día los puentes no se utilizan

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    B D C A E F ? ? ? Switch con cuatro interfaces LAN 1 LAN 2 LAN 3
    100 Mb/s 10 Mb/s 10 Mb/s G 100 Mb/s ? LAN 4 Dominio de
    colisión A ? B ? C ? D ? E ? F ? G ?
    Microsegmentación Transmisión half duplex
    Transmisión full dúplex

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    Tabla de direcciones (tabla CAM) La tabla de direcciones MAC de
    los conmutadores LAN se denomina tabla CAM (Content Addressable
    Memory) Al cabo de un rato de normal funcionamiento de la red la
    tabla CAM incluye las direcciones de la mayoría de las
    estaciones activas de todas las LANs conectadas directa o
    indirectamente al puente. Las entradas de las tabla CAM tienen un
    tiempo de vida limitado para permitir la movilidad. Las entradas
    inactivas se borran pasado un tiempo (típicamente 5 min.)
    La tabla CAM se mantiene en memoria dinámica y tienen un
    tamaño limitado (típico 1K-16K direcciones) La
    tabla es exhaustiva. No existe un mecanismo de
    sumarización o agrupación de direcciones por rangos
    ya que normalmente éstas no guardan ninguna
    relación.

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