3.10.- Dispositivos de red e interconexión de redes

En una red se pueden dar múltiples casos: la red puede ser demasiado grande para que la transmisión y la gestión sea eficiente, para incrementar la distancia a que lleguen las tramas se instala un repetidor que eleva la distancia a cubrir, un puente se inserta para gestionar el trafico cuando éste es elevado, si dos redes necesitan conectarse, se usará un encaminador o una pasarela para permitir la transmisión entre dispositivos de redes diferentes.

Los dispositivos de interconexión de redes y de red se dividen en cuatro categorías: repetidores, puentes, encaminadores y pasarelas. Cada uno de los cuatro tipos interactúa en diferentes niveles del modelo OSI, los repetidores actúan sólo sobre los componentes eléctricos de una señal y sólo son activos en el nivel físico. Los puentes utilizan protocolos de direccionamiento y pueden afectar al control de una única red, la mayoría son activos en el nivel de enlace de datos. Los encaminadores ofrecen enlaces entre dos redes diferentes del mismo tipo por lo que están en el nivel de red, por último las pasarelas proporcionan servicios de traducción entre redes y son activas en todos los niveles. Cada tipo es también activo en los niveles inferiores a aquel en que sea en mayor parte activo.

10.1.- Repetidores.

Un repetidor es un dispositivo electrónico que opera sólo en el nivel físico del modelo OSI, las señales que transportan información pueden viajar a una distancia fija antes de que la atenuación dañe la integridad de los datos, el repetidor instalado en un enlace recibe la señal antes de que sea demasiado débil o corrupta, regenera el patrón de bits original y coloca la copia refrescada de nuevo en el enlace

Un repetidor sólo permite extender la longitud física de la red, el repetidor no cambia de ninguna forma la funcionalidad de la red.

El repetidor no es un amplificador puesto que lo que hace es regenerar la señal, es decir, eliminar el ruido y la atenuación, y crea una copia bit a bit con la potencia original (sin ruido).

10.2.- Puentes.

Los puentes actúan en los niveles físico y de enlace de datos del modelo OSI. Los puentes pueden dividir dividir una red grande en segmentos más pequeños. También pueden retransmitir tramas entre dos redes originalmente separadas, y contienen lógica que permite separar el tráfico de cada segmento, de forma que pueden filtrar el tráfico por lo que son útiles para controlar y aislar enlaces con problemas, contribuyendo a la seguridad de la red.

Un puente actúa en el nivel de enlace de datos dándole acceso a las direcciones físicas de todos los dispositivos conectados a él. Cuando la trama entra en el puente, éste la regenera tal como lo hace el repetidor y comprueba la dirección de destino y manda la nueva copia al segmento donde se encuentra el destino, el puente comprueba la dirección destino de la trama entrante y la compara con un a tabla de direcciones de las estaciones en ambos segmentos para encaminarla al segmento adecuado.

Tipos de puentes.

Puente simple: el puente simple enlaza dos segmentos y contiene una tabla que almacena todas las direcciones en cada uno de ellos, pero las direcciones han de introducirse manualmente, por lo que, al añadir o eliminar una nueva estación, hay que introducir su dirección o quitarla.

Puente multipuerto: este puente conecta más de dos segmentos y la tabla añade a las direcciones el número del puerto del segmento en que están.

Puente transparente: este puente construye su tabla automáticamente, cuando se instala la tabla está vacía, al llegar un paquete analiza la dirección origen y destino, la dirección origen entra en la tabla junto con el segmento al que pertenece, así va llenando la tabla, si la dirección destino aún no la tiene en la tabla, retransmite el paquete a todos los dispositivos. Esta función de autoaprendizaje sirve para actualizar la tabla si se añaden o quitan dispositivos e incluso si cambian de posición.

Algoritmo del árbol de expansión y encaminadores desde el origen: los puentes normalmente se instalan de forma redundante, lo que significa que dos segmentos o dos redes pueden estar conectados por más de un puente, por lo que dos puentes transparentes podrían crear un bucle sin fin, el mecanismo del árbol de expansión evitan esta situación, otra forma de evitarlo es el encaminamiento desde el origen, por el que la trama tiene las direcciones origen, destino y puentes que deben pasar.

Puentes conectados a redes diferentes.

Un puente que conecte dos redes debería ser capaz aunque utilizen protocolos diferentes en el nivel de enlace de datos, sin embargo hay otros problemas a considerar:

Formato de la trama: protocolos diferentes usan formatos diferentes.

Tamaño de la carga: el tamaño de los datos de la trama puede ser diferente.

Tasa de datos: los protocolos diferentes pueden usar tasas diferentes.

Orden de los bits de dirección: los bits de dirección pueden cambiar de un protocolo a otro.

Otros problemas: confirmaciones, colisiones, prioridades.

10.3.- Encaminadores.

Los escaminadores tienen acceso a las direcciones del nivel de red y contienen software que permite determinar cual de los posibles caminos entre esas direcciones es el mejor para cada transmisión determinada. Los encaminadores actúan en los niveles físico, de enlace de datos y de red del modelo OSI.

Los encaminadores retransmiten los paquetes entre múltiples redes interconectadas, encaminan paquetes de un dispositivo situado en una red a otro situado en otra red, para ello el paquete es enviado primero al encaminador que une las dos redes. Un encaminador actúa como una estación en la red pero, al pertenecer a dos o más redes, tienen direcciones y enlaces a todas ellas. Cuando un encaminador recibe un paquete para una estación de una red a la que no está conectado, el encaminador es capaz de determinar cuál de las redes a que está conectado es la mejor para retransmitir el paquete.

Para encaminar adecuadamente los paquetes, hay varios conceptos aplicados:

Encaminamiento con coste mínimo: Se basa en la eficiencia: ¿cuál es el más barato o el más corto? La evaluación de eficiencia incluye conceptos como rapidez, distancia, número de retransmisiones o saltos, enlaces fiables. Uno de los mecanismos es el contador de saltos, en que cada enlace se considera de igual longitud y valor, el encaminador entonces evaluará el número de saltos necesarios y elige. En otras ocasiones se valoran otras cualidades como la congestión del tráfico o el medio del enlace.

Encaminamiento estático y dinámico: En el estático, una vez elegida una ruta desde un origen a un destino, el encaminador envía todos los paquetes de ese origen a ese destino siempre por la misma ruta. El encaminamiento dinámico selecciona otra ruta incluso desde el mismo origen al mismo destino porque tiene en cuenta las condiciones de las redes (tráfico, topología, etc).

Tiempo de vida de un paquete: Como puede darse el caso que un paquete vaya de un encaminador a otro en un bucle sin fin, al paquete se añade un campo denominado tiempo de vida del paquete, normalmente un número de saltos que se permiten antes de dar el paquete por perdido, cada encaminador resta 1 a ese tiempo antes de pasarlo, si el tiempo llega a 0, el paquete es destruido (no retransmitido)

10.4.- Pasarelas.

Las pasarelas actúan en todos los niveles del modelo OSI, actuando como un auténtico convertidor de protocolos, pudiendo aceptar un paquete en un protocolo y retransmitirlo en otro.

Una pasarela es generalmente un software instalado en un encaminador, que comprende los protocolos utilizados por cada red enlazada, y es capaz de traducir de un protocolo a otro modificando cabeceras y colas del paquete e incluso la tasa de datos, el tamaño y el formato.

10.5.- Otros dispositivos para interconectar redes.

Encaminadores multiprotocolo: En el nivel de red, un encaminador es un dispositivo de un único protocolo, es decir enlaza redes del mismo protocolo debido a que cada protocolo usa una únicac tabla de direccionamiento, sin embargo existen encaminadores multiprotocolo capaces de unir redes que usan diferentes protocolos, el encaminador tendrá entonces una tablas de direccionamiento por cada protocolo.

Puentes encaminadores: un encaminador de un único protocolo que actúa como un puente, de forma que cuando recibe un paquete que no use direcciones de nivel de red, actúa como puente y si recibe direcciones de red como encaminador.

Conmutadores: es un dispositivo que ofrece la funcionalidad de un puente con mayor eficiencia, para ello tiene una memoria interna o buffer que almacena la trama recibida, comprueba su dirección destino y, si el enlace de salida no está libre, lo conserva hasta que se libere el enlace.

Conmutadores de encaminamiento: funcionan como los anteriores pero con las direcciones de red.