Informática

Hubs y Switches

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Universidad Nacional Autónoma (UNA)

Licenciatura en Informática

Redes de Computadores

HUBS Y SWITCHES

Octubre, 2000

Introducción

Conforme las organizaciones empiezan a crecer, se da la necesidad de tener un mayor número de computadores interconectados eficientemente, así como mantener comunicación con otros puntos distantes geográficamente, incluyendo al mundo entero a través de la red Internet.

Es entonces cuando se deben conocer una serie de dispositivos que permiten mantener la comunicación entre todos los interesados: clientes, colaboradores, proveedores, etc. Dependiendo de las metas por alcanzar y de los requerimientos tanto técnicos como de usuario, es que se definen cuales dispositivos necesitamos, que tipo de red es necesaria.

Dentro de esta gama amplia de dispositivos, existen dos que son de los más básicos, y que están presentes en la mayoría de las redes de computadores, estos elementos son: los hubs y los switches.

Este documento pretende dar una introducción a estos dos dispositivos, por lo que la secuencia que se presenta es la siguiente: primero de definen cada uno de estos dispositivos, haciendo mención a otro dispositivo relacionado, los bridges. Luego se procede a dar algunos lineamientos de cuando es conveniente utilizar uno u otro dispositivo.

Posteriormente, se mencionan algunos de los más conocidos y probados fabricantes de hubs y switches, se presenta una lista de los principales modelos que ofrecen. No se profundiza en los detalles de cada uno de estos fabricantes o modelos, pero se ofrece una liga dinámica a sus correspondientes sitios web, por si se desea obtener información más detallada.

Finalmente, se mencionan algunas recomendaciones de los fabricantes; se presenta una serie de elementos a tomar en cuenta para el caso del Banco UNA, y se presentan las conclusiones a que se ha llegado a través de este pequeño estudio.

Es conveniente recordar, que este trabajo no pretende ser exhaustivo, sino introductorio al tema de los hubs y de los switches, la meta fijada es poder reconocer que es cada uno de ellos y cuando es conveniente su utilización.

Tabla de Contenidos

Introducción

Switches y Hubs

1. Hubs

Los hubs son los más básicos bloques de construcción para la conección de computadoras, servidores, y dispositivos periféricos en una red. A veces, se utilizan los hubs son conocidos como repetidores o concentradores; en este caso los hubs son asignados a dispositivos en la red para que se comuniquen unos con otros, compartiendo información y recursos.

Los hubs son utilizados para conectar dos o más segmentos Ethernet de cualquier tipo de medio. A medida que los segmentos exceden su longitud máxima, la calidad de la señal comienza a deteriorarse. Los hubs proveen la amplificación de señal requerida para permitirle a un segmento extenderse a una distancia mayor. Un hub toma cualquier señal entrante y la repite a todos los restantes puertos de salida.

Los hubs Ethernet trabajan necesariamente en topologías estrella tales como 10BASE-T. Un hub multi-puerto de par trenzado, permite que varias conexiones de segmentos “punto-a-punto” se reúnan en una red. Un extremo del vínculo “punto-a-punto” es conectado al hub y el otro es conectado a la computadora. Si el hub es conectado al backbone, entonces todas las computadoras en los extremos de los segmentos de par trenzado pueden comunicarse con todos los “hosts” del backbone.

El número y tipo de hubs en cualquier dominio de colisión está limitado por las reglas de Ethernet. Un hecho muy importante a tener en cuenta acerca de los hubs es que ellos solamente permiten a los usuarios compartir Ethernet.

Una red de hubs se la denomina como “shared Ethernet”, significando que todos los miembros de la red están habilitados para transmisión de datos sobre una red única (o dominio de colisión). Esto quiere decir que los miembros individuales de una red compartida obtendrán solo un porcentaje del ancho de banda total disponible. También se debe mencionar que los repetidores permiten a las redes extenderse mas allá de las limitaciones normales de distancia, pero se encuentran aún limitados en el número de nodos que pueden ser soportados.

'Hubs y Switches'

Figura 1. Hubs

2. Bridges

La función de un bridge (“puente”) es conectar redes separadas uniéndolas. Los bridges pueden conectar diferentes tipos de redes o redes del mismo tipo. Los bridges “mapean” las direcciones Ethernet de los nodos que residen en cada segmento de red y luego permiten pasar a través del “puente” solamente el tráfico necesario.

Cuando un paquete es recibido por el bridge, este determina los segmentos de origen y destino. Si estos segmentos coinciden, el paquete es descartado (“dropped” o “filtered”); si los segmentos son distintos, entonces el paquete es transferido al segmento correcto.

Adicionalmente, los bridges evitan que paquetes malos o dañados se distribuyan innecesariamente simplemente no re-transmitiéndolos. Los bridges son llamados dispositivos “store-and-forward” (almacena y envía) porque ellos examinan el contenido del paquete Ethernet completo antes de realizar las decisiones de filtrado o envío. El filtrado de paquetes y la regeneración de paquetes enviados permite a la tecnología de bridging partir una red en dominios de colisión separados. Esto permite mayores distancias y que más repetidores sean utilizados en el diseño total de la red.

La mayoría de los bridges son “self learning task bridges”, lo que quiere decir que ellos determinan la dirección Ethernet del usuario en el segmento construyendo una tabla a medida que los paquetes son pasados a través de la red. Esta capacidad de auto-aprender eleva dramáticamente la posibilidad de crear “loops” o caminos circulares en redes que poseen un gran número de bridges.

Dado que cada dispositivo aprende la configuración de la red, un camino en círculo o “loop” presenta información conflictiva sobre en cual segmento está localizada una dirección específica y fuerza entonces al dispositivo a enviar todo el tráfico. El algoritmo de “Spanning Tree” es un estándar de software (puede encontrárselo dentro de la especificación IEEE 802.1d) que describe como switches y bridges pueden comunicarse para evitar caminos circulares o “loops” en las redes.

'Hubs y Switches'

Figura 2. Concentradores

3. Switches

Los switches son una expansión del concepto de puente. Si tiene sentido vincular dos redes a través de un bridge, porque no desarrollar un dispositivo que pueda vincular cuatro, seis, diez o más redes juntas? Esto es exactamente lo que un Switch de red hace.

Los switches de red vienen en dos arquitecturas básicas, “cut-through” y “store-and-forward”. Los switches cut-through han tenido en el pasado una ventaja de velocidad, cuando un paquete ingresa al switch este examina únicamente la dirección de destino antes de enviarlo al segmento de destino.

Un switch “store-and-forward”, por el contrario, acepta y analiza el paquete entero antes de enviarlo a su dirección de destino. Le toma más tiempo examinar el paquete entero, pero esto le permite al switch determinar posibles errores o daños en los paquetes y detener su propagación a través de la red.

Hoy, la velocidad de los switches “store-and-forward” ha alcanzado la de los switches “cut-through” a punto tal que la diferencia entre los dos se ha vuelto mínima. También existen un gran número de switches híbridos que mezclan arquitecturas “cut-through” y “store-and-forward”. Estos dos tipos de switches separan una red en dominios de colisión, permitiendo extender las reglas de diseño de redes.

Cada uno de los segmentos unidos a un switch Ethernet posee un ancho de banda completo de 10 Mbps compartido por menos usuarios, lo cual resulta en una mejor performance, en contraposición a los hubs que solamente permiten compartir el ancho de banda en una Ethernet única.

Switches más nuevos ofrecen hoy vínculos de alta velocidad, ya sea FDDI, Fast Ethernet o ATM, la cual puede ser utilizada para vincular switches entre sí o para proveer ancho de banda agregado a servidores particularmente importantes a los cuales llega una gran cantidad de tráfico. Una red compuesta de un número de switches vinculados entre sí por medio de “up-links” se la denomina red de backbone colapsado.

'Hubs y Switches'

Figura 3. Switches

Tanto los bridges como los switches, por su capacidad de soportar segmentos Ethernet completos en cada puerto, permiten a las redes crecer a tamaños significativamente más grandes.

Adicionalmente, bridges y switches filtran selectivamente el tráfico de red hacia abajo enviando tan solo aquellos paquetes que necesitan ser vistos en cada segmento de la red, incrementando de este modo el rendimiento de cada segmento de la red y de ésta como un todo.

Los switches son conocidos también con el nombre de conmutadores.

Beneficios Clave

Incremento de velocidad de la red
Segmentación real (ancho de banda completo para cada segmento)
Conección a backplanes de mayor velocidad (switches modulares)
Construcción de backbones
Acelera la salida de paquetes
Reduce tiempo de espera y baja el costo por puerto

Ideales para las aplicaciones siguientes:

Multimedios en redes (audio, video y datos)
Conexión de servidores a la red
Segmentos con acceso a bases de datos

La diferencia principal entre los hubs y los switches se basa en la forma en que ellos distribuyen los paquetes a través de la red, lo cual afecta directamente los costos y la disponibilidad del ancho de banda. Esta diferencia se refleja en la siguiente figura:

'Hubs y Switches'

Figura 4. Switch vrs Hub

4. Cuando utilizar Hubs o Switches

Aunque se ven mayores ventajas en el uso de switches en comparación con el uso de hubs, es conveniente establecer algunos puntos de referencia para poder determinar cuando utilizar uno u otro dispositivo.

Si se necesita:

Transmitir archivos en pocas máquinas (menos de 30)
Administración básica y/o
Correr tráfico no sensible a retardos
Comenzar a migrar a Fast Ethernet (Dual Speed)

Se recomienda un HUB

Si se necesita:

Mayor número de usuarios (alrededor de 50)
VLAN (Redes Virtuales)
Conexión con tecnologías distintas
Administración avanzada y control de la red
Prioritizar tráfico o ciertas aplicaciones
Correr aplicaciones multimedia (voz y video)
Agregar ancho de banda a la red

Se recomienda un SWITCH

Figura 5. Switch y Concentradores

5. Fabricantes

Existe una gran cantidad de fabricantes de hubs y switch, así como una gran gama de modelos específicos. A continuación se mencionan algunos de los más importantes y conocidos, así como algunos links (accesos directos), a los cuales se puede accesar para obtener información más detallada.

6. Productos

A continuación se presenta un listado de algunos de los productos que ofrecen los principales fabricantes mencionados anteriormente:

Articulo

3COM 3C16405 SUPERSTACK II PS HUBS 40 TP 12 PUERTOS 10 MBPS

3COM 3C16406 SUPERSTACK II PS HUBS 40 TP 24 PUERTOS 10 MBPS

3COM 3C16610 SUPERSTACK II HUBS DUAL SPEED 500 12 PUERTOS 10/100 MBPS

3COM 3C16611 SUPERSTACK II HUBS DUAL SPEED 500 24 PUERTOS 10/100 MBPS

3COM 3C16700 Office Connect 8/TPC 8 puertos RJ45

3COM 3C16701 Office Connect 8/TPC 8 puertos RJ45 + 1 BNC

3COM 3C16702 Office Connect 16/TPC 16 puertos RJ45 + 1 BNC

3COM 3C16704 Office Connect 4/TPC 4 puertos RJ45

3COM 3C16751 Office Connect 16/TPC 16 puertos RJ45 10/100 MBS

3COM 3C16950 SUPERSTACK II SWITCH 1100 24 PUERTOS A 10 Y 2 A 10/100 MBPS

3COM 3C16951 SUPERSTACK II SWITCH 1100 12 PUERTOS A 10 Y 2 A 10/100 MBPS

3COM 3C16980 SUPERSTACK II SWITCH 3300 24 PUERTOS A 10/100 MBPS

3COM 3C16981 SUPERSTACK II SWITCH 3300 12 PUERTOS A 10/100 MBPS

Productos (Continuación)


Hubs ProCurve y Hubs Advance Stack 10 MBits/s
Advanced Stack 10 BT Switching Hubs
Hubs Advanced Stack 1000 VG
Hubs ProCurve y Hubs Advance Stack 100 BaseT
Switches HP ProCurve Gigabit 1000 Mbits/s
HP ProCure Switches Serie 6000M

Cisco 1538 Series Micro Hub 10/100

Cisco FastHub 10/100 Series

Cisco VPN 3000 Series Concentraters

Catalyst 6000 Family Switches

Catalyst 5000/5500 Family Switches

Catalyst 4840G Switch

Catalyst 4000 Family Switches

Catalyst 3920 Token Ring Switch

Catalyst 3900 Token Ring Switch

Catalyst 3500 Series XL Switches

Catalyst 3200 Series Switches

Catalyst 3100 Series Switches

Catalyst 2900 Series XL Switches

Catalyst 2900 Series Switches

Catalyst 1900 and 2820 Series Switches

Cisco 6400 Series Universal Access Concentrator

Cisco 6000 Series IP DSL Switches

Cisco 1548 Series Micro Switch

Cisco BPX 8600 Series Switches

Cisco CSS 11000 Content Services Switches

Cisco IGX 8400 Series Multiservice Switches

Cisco Lightstream ATM Switches

Cisco MGX 8800 Multiservice Switches

Cisco MGX 8200 Series Multiservice Switches

Cisco Switch WS-C2924-XL-EN

7. Recomendaciones

A continuación se presentan tres productos recomendados por sus características para prácticamente cualquier red a desarrollar.

Dentro de la familia de switches HP AdvanceStack destaca como producto estrella el Switch 2000, dispositivo para segmentos modular y altamente adaptable, diseñado para aumentar las prestaciones de la red y proporcionar una mejor segmentación de las redes. Es idóneo para los administradores de redes que buscan medios de aliviar la congestión en sus redes principales o de proporcionar un acceso más rápido a sus servidores.

Para redes más pequeñas, los bridges HP AdvanceStack proporcionan una forma económica de reducir la congestión.

Los switches y bridges HP AdvanceStack están diseñados y fabricados con la calidad HP y tienen el respaldo de una garantía y asistencia, de 3 años en casa del cliente.

3COM

Dentro de las soluciones de Switch, destaca el Switch SuperStack II 9300, especialmente para el cebtro de computo y el personal informático. Este tipo de Switch es idóneo ya que permite trabajar a 1000Mbps y darle mayor ancho de banda a los servidores de datos y demás servicios. Además se utiliza un Switch SuperStack II 3900 para conectar las Pcs al SuperStack II 9300 y de este a los servidores.

También el Switch SuperStack II 3900 que trabaja a 100 Mbps (FastEthernet), para dar un ancho de banda apropiado y permitir una comunicación adecuada utilizando GigaEthernet.

CISCO

Dentro de la cantidad de productos que ofrece CISCO, se destaca la Familia Catalyst 6000

<TBODY>Arquitectura	Catalyst 6000	Catalyst 6500
Ancho de banda del plano de conmutación	32 Gbps	de 32 a 256 Gbps
Número de puertos Gigabit Ethernet	130	130
Número de puertos Ethernet 100FX	192	192
Número de puertos Ethernet 10/100	384	384
Número de puertos 10BaseFL	192	192
Número de puertos ATM OC-12	8	8</TBODY>

Área Práctica

Para el caso del Banco UNA existen muchos hubs, bridges y switches que pueden ser utilizados, por lo cual no pretendo especificar marcas o modelos como solución definitiva, sino especificar requerimientos mínimos a tomar en consideración para dar una solución adecuada.

La primera recomendación a tomar en cuenta es la de utilizar switches y no utilizar hubs, esto debido a las ventajas que ofrecen los switches, y a que en lo que respecta a precio, la diferencia entre ambos dispositivos es mínima.

Existen algunos elementos a considerar al momento de adquirir los switches, como son:

En el segundo piso se encuentra el departamento de informática y todos los servidores, por lo que los switches que se instalen en esta área deben ser los que brinden el mayor ancho de banda posibles.

La cantidad de puertos que se deben conectar es de al menos 9 en el tercer piso, al menos de 10 en el segundo piso, y al menos de 25 en el primer piso. Para las sucursales se deben conectar al menos 6 puertos.

La cantidad de switches a utilizar dependerá de que tanto se desea segmentar la red, recordando que los switches reducen el dominio de broadcast, y que prácticamente eliminan el dominio de colisión.

Se debe tomar en cuenta el crecimiento futuro tanto del edificio principal como de las sucursales. Según el Plan de Expansión del Banco, se contará con un total de 11 sucursales en el futuro.

Existen muchas marcas y modelos de switches en el mercado, lo conveniente es adquirir marcas conocidas y con respaldo adecuado, con mantenimiento en el país, así como con una garantía de al menos dos años.

La figura 6 presenta una posible implementación del Banco UNA en su edificio principal, utilizando switches para la conección en cada uno de los pisos.

Figura 6. Edificio Principal Banco UNA

Conclusión

Finalmente, se presentan las principales conclusiones que se obtuvieron de esta experiencia en el mundo de los hubs y de los switches:

El uso de los hubs aunque no ha desaparecido, esta reduciéndose cada vez más debido a la capacidad de los switches y la poca diferencia económica.

Los switches afectan muy positivamente el rendimiento de la red, ya que proporcionan un uso completo del ancho de banda, elimina las colisiones y reduce el dominio del broadcast.

Al comprar un dispositivo, es vital conocer aspectos como la meta que se desea alcanzar, las posibilidades de crecimiento, los usuarios de la red, los dispositivos compartidos, en fin, cualquier elemento que determine la capacidad por ejemplo del switch a comprar, etc.