Switch: Velocidades y Métodos de Reenvío

1. Métodos de Reenvío de Tramas de Switches Cisco

Como aprendiste 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 cambiar datos entre puertos de red:

• Conmutación de almacenamiento y reenvío (Store-and-forward): este método de reenvío de trama recibe la trama completa y calcula el CRC. CRC utiliza una fórmula matemática, basada en el número de bits (1s) en la trama, para determinar si la trama recibida tiene un error. Si el CRC es válido, el Switch busca la dirección de destino, que determina la interfaz de salida. Luego, la trama se reenvía desde el puerto correcto.
• Conmutación de corte (Cut-Through): este método de reenvío de trama reenvía la trama antes de que se reciba por completo. Como mínimo, la dirección de destino de la trama debe leerse antes de que la trama pueda reenviarse.

Una gran ventaja del switching de almacenamiento y reenvío es que determina si una trama tiene errores antes de propagarlo. Cuando se detecta un error en una trama, el Switch descarta la trama. Descartar tramas con errores reduce la cantidad de ancho de banda consumida por los datos corruptos. Se requiere conmutación de almacenamiento y reenvío para el análisis de calidad de servicio (QoS) en redes convergentes donde es necesaria la clasificación de trama para la priorización del tráfico. Por ejemplo, las secuencias de datos de voz sobre IP (VoIP) deben tener prioridad sobre el tráfico de navegación web.

2. Conmutación por Método de Corte

En la conmutación de corte (Cut-through switching), el Switch actúa sobre los datos tan pronto como se reciben, incluso si la transmisión no está completa. El Switch almacena la cantidad suficiente de 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 que sigue al preámbulo. El Switch busca la dirección MAC de destino en su tabla de switching, determina el puerto de interfaz de salida y reenvía la trama a su destino a través del puerto designado del Switch. El interruptor no realiza ninguna comprobación de errores en la trama.

A continuación, se presentan dos variantes del cut-through switching:

• Conmutación de reenvío rápido (Fast-forward switching): ofrece el nivel más bajo de latencia. El Fast-forward switching reenvía inmediatamente un paquete después de leer la dirección de destino. Debido a que la Conmutación de reenvío rápido comienza a reenviarse antes de que se haya recibido el paquete completo, puede haber ocasiones en que los paquetes se transmiten 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. La Conmutación de reenvío rápido es el método típico de conmutación de corte.
• Conmutación sin fragmentos (Fragment-free switching): en la conmutación sin fragmentos, el Switch almacena los primeros 64 bytes de la trama antes de reenviarlos. La razón por la que la conmutación sin fragmentos almacena solo los primeros 64 bytes de la trama es que la mayoría de los errores y colisiones de red ocurren durante los primeros 64 bytes. La conmutación sin fragmentos intenta mejorar la Conmutación de reenvío rápido al realizar una pequeña comprobación de errores en los primeros 64 bytes de la trama para garantizar que no se haya producido una colisión antes de reenviar la trama.

Algunos switches están configurados para realizar una conmutación de corte por puerto hasta que se alcanza un umbral de error definido por el usuario, y luego cambian automáticamente a almacenar y reenviar. Cuando la tasa de error cae por debajo del umbral, el puerto cambia automáticamente a conmutación de corte.

3. Almacenamiento en Búfer de Memoria en Switches

Un Switch Ethernet puede usar una técnica de almacenamiento en búfer para almacenar tramas antes de reenviarlas. El almacenamiento en búfer también se puede usar cuando el puerto de destino está ocupado debido a la congestión. El switch almacena la trama hasta que pueda transmitirse.

Como se muestra en la tabla, hay dos métodos de Buffering de Memoria:

Métodos de memoria intermedia

Método	Descripción
Búfer de memoria basada en puerto	Las tramas se almacenan en colas que están vinculadas a puertos entrantes y salientes específicos. Una trama se transmite al puerto de salida solo cuando todas las tramas por delante en la cola se han transmitido con éxito. Es posible que una solo trama retrase la transmisión de todos las tramas en la memoria debido a un puerto de destino ocupado. Este retraso ocurre incluso si las otras tramas podrían transmitirse a puertos de destino abiertos.
Almacenamiento en búfer de memoria compartida	Deposita todas las tramas en un búfer de memoria común compartido por todos los puertos del Switch y la cantidad de memoria de búfer requerida por un puerto se asigna dinámicamente. Las tramas en el búfer están vinculadas dinámicamente al puerto de destino, lo que permite recibir un paquete en un puerto y luego transmitirlo en 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 descartados. 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 conmutación de 10 Gbps y PC a puertos de 1 Gbps.

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 la configuración de dúplex y ancho de banda coincida entre el puerto del Switch y los dispositivos conectados, como una computadora u otro Switch.

Hay dos tipos de configuraciones dúplex utilizadas para las comunicaciones en una red Ethernet:

• Full-duplex: ambos extremos de la conexión pueden enviar y recibir simultáneamente.
• Half-duplex: solo un extremo de la conexión puede enviar a la vez.

La negociación automática es una función opcional que se encuentra en la mayoría de los switches Ethernet y NIC. Permite que dos dispositivos negocien automáticamente las mejores capacidades de velocidad y dúplex. Se elige full-duplex si ambos dispositivos tienen la capacidad junto con su ancho de banda común más alto.

En la imagen, la NIC Ethernet para PC-A puede funcionar en full-duplex o half-duplex, y en 10 Mbps o 100 Mbps.

La PC-A está conectada al switch S1 en el puerto 1, que puede operar en full-duplex o half-duplex, y en 10 Mbps, 100 Mbps o 1000 Mbps (1 Gbps). Si ambos dispositivos están utilizando la negociación automática, el modo operativo será full-duplex y 100 Mbps.

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 half-duplex mientras que el otro puerto opera en full-duplex, como se muestra en la imagen.

S2 experimentará continuamente colisiones porque S1 sigue enviando tramas cada vez que tiene algo que enviar.

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 socios del enlace tengan la misma configuración. También puede ocurrir cuando los usuarios reconfiguran un lado de un enlace y olvidan reconfigurar el otro. Ambos lados de un enlace deberían tener activada la negociación automática, o ambos lados deberían tenerla desactivada. La mejor práctica es configurar ambos puertos del Switch Ethernet como full-duplex.

5. Auto-MDIX (MDIX automático)

Las conexiones entre dispositivos una vez requirieron el uso de un cable cruzado o directo. El tipo de cable requerido dependía del tipo de dispositivos de interconexión.

Por ejemplo, la imagen identifica el tipo de cable correcto requerido para interconectar dispositivos de Switch a Switch, de Switch a Router, de Switch a host o de Router a host. Se utiliza un cable cruzado (Crossover ) cuando se conectan dispositivos similares, y un cable directo (Straight-through) para conectarse a dispositivos diferentes.

La mayoría de los dispositivos Switch ahora admiten la función automática de cruce de interfaz 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, puedes usar un cable cruzado o un cable directo para las conexiones a un puerto de cobre 10/100/1000 en el Switch, independientemente del tipo de dispositivo en el otro extremo de la conexión.

La función auto-MDIX está habilitada de manera predeterminada en los switches que ejecutan Cisco IOS Release 12.2 (18) SE o posterior. Sin embargo, la función podría deshabilitarse. Por esta razón, siempre debe usar el tipo de cable correcto y no confiar en la función auto-MDIX. Auto-MDIX se puede volver a habilitar utilizando el comando de configuración de interfaz mdix auto.

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