A continuación se puede acceder al contenido del las distintas partes del capítulo de Introducción del Manual Cisco CCNA:

• Las Redes Corporativas actuales
• Modelo Jerárquico de Red
• El modelo de referencia OSI
• Funciones de la capa física
• Funciones de la capa de enlace de datos
• Funciones de la capa de Internet
• Funciones de la capa de Transporte
• Selección de Productos Cisco

Las Redes Corporativas actuales

Las redes actuales tienden todas a seguir un mismo modelo de internetworking formado por una oficina central, y distintas conexiones a esta, realizadas por sucursales, teletrabajadores, usuarios móviles, partners, etc.

• Oficina Principal. Aquella dónde se encuentra la mayoría de los usuarios, servidores (CPD - Centro de Proceso de Datos), e información corporativo, habitualmente conectados a una LAN perteneciente a un backbone de alta velocidad.
• Sucursales. Oficinas remotas dónde trabajan grupos más reducidos de personas, que necesitan disfrutar de los servicios de la oficina principal, conectándose mediante enlaces WAN permanentes o de marcado a petición.
• Teletrabajadores. Empleados que trabajan desde sus domicilios, requiriendo generalmente conexiones puntuales (marcado a petición) con la oficina principal y/o la sucursal.
• Usuarios móviles y Partners. Individuos o empresas que disfrutan de algnos servicios de la oficina principal y/o sucursal, desde distintas ubicaciones.

En todos estos casos, el factor común suele ser Internet, que suele también utilizarse para intercomunicarse, ya sea punto a punto o a través de redes privadas virtuales (VPN).

Modelo Jerárquico de Red

Para construir correctamente una interconexión de redes que pueda dar una respuesta eficaz a las necesidades de los usuarios, se utiliza un modelo jerárquico de tres capas para organizar el flujo del tráfico.

• Capa de Acceso. Es el punto en el que los usuarios se conectan a la red, y dónde encontraremos conmutadores de gama baja.
• Capa de Distribución. Determina cuándo y cómo los paquetes pueden acceder a los servicios principales de la red (e-mail, Internet, ficheros, etc). Entre sus funciones figura: enrutamiento departamental, segmentación la red en múltiples dominios de difusión/multidifusión, proporcionar servicios de filtrado y seguridad, etc. En esta capa es donde encontraremos los principales routers de la red.
• Capa del Núcleo Principal / Backbone. Se encarga de enviar el tráfico lo más rápidamente posible hacia los distintos servicios o servidores de la red.

El modelo de referencia OSI

El modelo de referencia OSI proporciona un marco de referencia para entender cómo operan entre sí todos los dispositivos de una interconexión de redes. Al ser un modelo estructurado en capas, separa la compleja operación de la interconexión en elementos más simples que pueden ser estudiados por separado. El modelo OSI consta de siete capas.

• Las cuatro capas de nivel inferior definen cómo han de transferirse los datos a través del cable físico y de los dispositivos de interconexión desde el puesto de trabajo hasta la aplicación de destino.
• Las tres capas superiores (capas de aplicación) definen cómo han de comunicarse las aplicaciones entre ellas y con los usuarios.

Una pila de protocolos es un conjunto de reglas o protocolos que definen cómo ha de viajar la información a través de la red. Cada capa o protocolo permite que los datos circulen a través de la red, intercambiando información para proporcionar la debida comunicación entre los dispositivos de red. Las distintas capas se comunican entre sí usando unidades de datos del protocolo (PDU), que se limitan a agregar información en la cabecera y pie de los mensajes del usuario. En TCP/IP, una vez que se a agregado una cabecera TCP o UDP en la capa de transporte, dicha unidad se denomina segmento. En la capa de red, cuando se añade la cabecera IP, el segmento se convierte en un paquete. Al paquete se le inserta una cabecera de la Capa 2, convirtiéndolo en una trama. Por último la trama se convierte en bits y señales que se transmiten a través del medio físico de la red. Este método de bajar los datos a través de los distintos protocolos de la pila se denomina encapsulado. Una vez que los datos han sido encapsulados y pasados a través de la red, el dispositivo receptor quita toda la información agregada en orden inverso para obtener el mensaje o información inicial

Funciones de la capa física

La capa física define el tipo de medio, tipo de conector y tipo de señalización. Ésta especifica los requisitos eléctricos, mecánicos, procedimentales y funcionales para activar, mantener y desactivar el vínculo físico entre sistemas finales. La capa física especifica también características tales como los niveles de voltaje, tasas de transferencia de datos, distancias máximas de transmisión y conectores físicos.

Los estándares Ethernet e IEEE 802.3 (CSMA/CD) definen una topología de bus para LAN que opera a 10Mbps sobre cable coaxial, UTP, o fibra, mientras que la especificación 802.3u opera a 100Mbps sobre UTP o fibra, siempre que se disponga del hardware y cableado requerido. También existen implementaciones de Gigabit Ethernet, pero el coste del cableado y los adaptadores puede hacer inabordable su implementación. Las categorías de cableado y conectores provienen de la EIE/TIA-568.

• 10Base2 / Thinnet. Permite segmentos de red de hasta 185 metros sobre cable coaxial fino para interconectar o encadenar dispositivos a 10Mbps. Utiliza topología en bus.
• 10Base5 / Thicknet. Permite segmentos de red de hasta 500 metros sobre cable coaxial grueso. Utiliza topología en bus y conectores AUI.
• 10BaseT. Transporta señales Ethernet hasta 100 metros de distancia sobre cable de par trenzado, hasta un concentrador denominado hub, a 10Mbps. Utiliza topología en estrella, conectores ISO 8877 (RJ-45), y cable UTP categorías 3, 4 o 5.
• 10BaseF.
• 100BaseTX. Transporta señales Ethernet hasta 100 metros de distancia sobre cable de par trenzado, hasta un concentrador denominado hub, a 100Mbps. Utiliza topología en estrella, conectores ISO 8877 (RJ-45), y requiere cable UTP (par trenzado sin blindar) categoría 5.
• 100BaseFX. Transporta señales Ethernet sobre 400 metros sobre fibra multimodo a 100Mbps. Utiliza conexiones punto a punto.

Un conector RJ-45 es un componente macho colocado al final del cable. Mirando el conector macho con el clip en la parte superior, la ubicación de los pins viene numerada del 1 a la izquierda, hasta el 8 a la derecha. Para que pueda pasar la corriente eléctrica entre el conector y el jack, el orden de los cable debe seguir los estándares EIA/TIA 586A y 586B, además de identificar si se debe usar un cable cruzado o un cable directo. En un cable directo los conectores RJ-45 en ambos extremos presentan todos los hilos en el mismo orden, y se utilizan para conectar dispositivos como PC o routers a dispositivos como hubs o switches. Un cable cruzado invierte los pares para conseguir una correcta alineación, transmisión y recepción de señales, utilizándose para conectar dispositivos similares (switch con switch, hub con hub, router con router, PC con PC).

Las conexiones serie se utilizan para dar soporte a servicios WAN tales como líneas dedicadas que ejecutan PPP, HDLC, o Frame Relay como protocolo de enlace. Las velocidades de conexión oscilan generalmente entre 56Kbps y T1/E1 (1544/2048Mbps). Otros servicios WAN como RDSI, ofrecen conexiones de acceso telefónico bajo demanda y servicios de línea telefónica de respaldo. Hay varios tipos de conexiones físicas que permiten establecer conexiones con servicios WAN en serie, como son EIA/TIA-232, EIA/TIA-449, V.24, V.35, X.21, EIA-530, y HSSI. Los puertos serie de la mayoría de los dispositivos Cisco utilizan un conector serie patentado de 60 pines. Se ha de determinar si se necesita de un Equipo Terminal de Datos (DTE) como suele ser comúnmente un router, o de un Equipo de Terminación de Circuito (DCE) comúnmente un CSU/DSU. En caso de hacer falta ambos dispositivos, deberemos determinar el tipo de cable necesario para su conexión. Hay ocasiones en que el router necesita ser el DCE, por ejemplo si se está diseñando un escenario de prueba, uno de los routers debe ser un DTE y el otro un DCE.

Dado que todos los puestos de un segmento Ethernet están conectados a un mismo medio físico, las señales enviadas a través del cable son recibidas por todos los dispositivos, por lo que si dos dispositivos envían una señal al mismo tiempo, se producirá una colisión entre ambas. Así introducimos el concepto de Dominio de colisión, que se refiere a un grupo de dispositivos conectados al mismo medio físico, de tal manera que si dos dispositivos acceden al medio al mismo tiempo, se producirá una colisión. También es importante el concepto de dominio de difusión, que se refiere a un grupo de dispositivos que envían y reciben mensajes de difusión entre ellos.

La mayoría de los segmentos Ethernet que existen hoy día son dispositivos interconectados por medio de hubs. Esto significa que todos los dispositivos conectados al hub comparten el mismo medio y, en consecuencia, comparten los mismos dominios de colisión, difusión y ancho de banda. El hub se limita a repetir la señal que recibe por un puerto a todos los demás puertos, lo que lo sitúa como un dispositivo de capa física que se restringe a la propagación de las señales físicas sin ninguna función de las capas superiores.

Como dijimos anteriormente, Ethernet utiliza el método Acceso Múltiple con Detección de Portadora (carrier) y Detección de Colisiones (CSMA/CD). Esto significa que para que un puesto pueda acceder al medio, deberá escuchar (detectar la portadora) para asegurarse de que ningún otro puesto esté utilizando el mismo medio. En caso de que haya dos puestos que no detecten ningún otro tráfico, ambos tratarán de transmitir al mismo tiempo, dando como resultado una colisión. Las tramas dañadas se convierten en tramas de error, que son detectadas como una colisión y obliga a ambas estaciones a volver a transmitir sus respectivas tramas. Cuantas más estaciones haya en un segmente Ethernet, mayor es la probabilidad de que tenga lugar una colisión. Estas colisiones excesivas son la razón principal por la cual las redes se segmentan en dominios de colisión más pequeños mediante el uso de conmutadores (switches) y puentes (Bridges). Las principales diferencias entre un switch y un bridge son las siguientes:

• Switch. Basado principalmente en hardware (ASIC), soporta varias instancias del protocolo SpanTree, contiene un alto número de puertos (incluso muchos más de 100), y conmuta a una velocidad muy elevada.
• Bridge. Basado principalmente en software, soporta una única instancia del protocolo SpanTree, y usualmente contiene un máximo de 16 puertos.

Cabe destacar que la tradicional regla del 80/20, que define que el 80% del tráfico en una LAN debe permanecer en el segmento Local, se inverte con el uso de una LAN bien conmutada.

Funciones de la capa de enlace de datos

La finalidad de esta capa es proporcionar las comunicaciones entre puestos de trabajo, y el direccionamiento físico de los puestos finales. La finalidad de los dispositivos de la capa de enlace es reducir las colisiones, que no hacen sino desperdiciar el ancho de banda y evitar que los paquetes lleguen a su destino. Está definida mediante dos subcapas.

• Subcapa de control de acceso al medio (MAC) (802.3). Define funciones tales como el direccionamiento físico, topología de la red, disciplina de la línea, notificación de errores, distribución ordenada de tramas y control óptimo de flujo. Este tipo de trama, se encuentra formada por los siguientes elementos:
  • Preámbulo (8 bytes). Avisa a los puestos receptores de la llegada de una trama, y tiene un tamaño de 8 bytes.
  • Direcciones físicas de origen y destino (12 bytes). Se conocen como direcciones MAC y son únicas para cada dispositivo. Cada dirección MAC consta de 48 bits (12 dígitos hexadecimales). Los primeros 24 bits contienen un código del fabricante conocido como Organizationally Unique Identifier (OUI) administrado por el IEEE, mientras que los últimos 24 bits son administrados por cada fabricante y suelen representar el número de serie de la tarjeta. La dirección de origen es siempre una dirección de unidifisión, mientras que la dirección de destino puede se de unidifusión, multidifusión, o difusión.
  • Longitud (2 bytes). Indica el número de bytes de datos que siguen a este campo.
  • Datos (variable). Incluye la información de capas superiores y los datos del usuario.
  • Verificación de redundancia cíclica (CRC) (4 bytes). Se crea por el dispositivo emisor y se vuelve a calcular por el dispositivo receptor para comprobar si ha habido daños en la trama durante su tránsito.
• Subcapa de control de enlace lógico (LLC) (802.2). Entre las opciones LLC figuran el soporte para conexiones entre aplicaciones que se ejecutan en la LAN, el control de flujo a la capa superior y la secuencia de bits de control. Para algunos protocolos, LCC define servicios fiables y no fiables para la transferencia de datos.

Hay dos tipos de tramas LLC: Punto de acceso al servicio (SAP) y Protocolo de acceso a subred (SNAP). En la cabecera LLC, los campos de destino SAP (DSAP) y origen SAP (SSAP) tienen un byte cada uno y actúan como punteros para protocolos de capa superior en un puesto. Así, 06h está destinado para IP, mientras que E0h está destinado para IPX. Para especificar que la trama utiliza SNAP, las direcciones SSAP y DSAP han de establecerse ambas en AA hex, y el campo de control en 03h. En una trama SNAP también exiten 3 bytes que corresponden con el codigo de vendedor OUI, y un campo de 2 bytes que contiene el EtherType para la trama.

Los puentes y los conmutadores son dispositivos que funcionan en la capa de enlace. Cuando reciben una trama, utilizan la información del enlace de datos para procesar dicha trama, determinando en qué segmento reside el puesto de origen, y guardando esta información en memoria en lo que se conoce como tabla de envío.

• Si el dispositivo de destino está en el mismo segmento que la trama, se bloquea el paso de la trama a otro segmento. Este proceso se conoce como filtrado.
• Si el dispositivo de destino se encuentra en un segmento diferente, se envía la trama al segmento apropiado.
• Si la dirección de destino es desconocida, se envía la trama a todos los segmentos excepto a aquel de donde se ha recibido. Este proceso se denomina inundación.

Debido a que estos dispositivos aprenden la ubicación de todos los puestos finales a partir de las direcciones de origen, nunca aprenderá las direcciones de difusión. Por lo tanto, todas las difusiones serán inundadas a todos los segmentos. Las redes conmutadas/puenteadas poseen las siguientes características:

• Cada segmento posee su propio dominio de colisión.
• Todos los dispositivos conectados al mismo bridge o switch forman parte del mismo dominio de difusión.
• Todos los segmentos deben utilizar la misma implementación al nivel de la capa de enlace de datos, como Ethernet o Token Ring.

En función de la capacidad de proceso de los conmutadores, podemos clasificarlos como:

• Conmutadores de almacenamiento y reenvío. Procesan completamente el paquete, incluyendo el CRC y la dirección MAC de destino.
• Conmutadores de atajo. Envían el paquete en cuanto leen la dirección MAC de destino.

Funciones de la capa de Internet

La capa de Internet proporciona direccionamiento y selección de rutas, y está formada por varios protocolos, entre los que destacan IP, ICMP, ARP, y RARP. Cada cabecera IP debe identificar el protocolo de transporte de destino del datagrama. Los protocolos de transporte están numerados, de forma parecida a los números de puerto. IP incluye el número de protocolo en el campo del protocolo. Consulte la RFC 1700 si desea ver una lista competa de todos los números de campo de protocolo.

Cada datagrama IP también incluye una dirección IP de origen y una dirección IP de destino, que identifican las redes y hosts de origen y destino. Así, cada red posee una dirección de red única, y cada host contiene una dirección de host única en su red.

Una dirección IP tiene 32 bits de longitud y consta de dos partes: el número de red y el número de host. Los 32 bits se descomponen en cuatro apartados de 8 bits cada uno, conocidos como octetos, que se expresan en formato decimal y separados unos de otros mediante puntos. La asignación de dirección en la red Internet, está controlada por la IANA.

Cuando se desarrolló inicialmente IP, no había clases de direcciones, debido a que se suponía que 254 redes serían más que suficientes para una internet de computadoras académicas y de investigación. Conforme creció el número de redes, las direcciones IP se dividieron en clases. Este esquema permite la asignación de direcciones en función del tamaño de la red, y se basaba en la hipótesis de que habría muchas más redes pequeñas que grandes en el planeta.

Cada dispositivo o interfaz debe disponer de un número de host distinto de cero. Un valor de host de cero hace referencia a la propia red, y generalmente es utilizado únicamente en las tablas de enrutamiento, para indicar como llegar a las distintas redes o subredes. La dirección de host con todo unos, esta reservada para la difusión IP dentro de su propia red.

Dividir una red en segmentos más pequeños, o subredes, permite hacer un uso más eficiente de las direcciones de red. Para ello, los dispositivos utilizan una máscara de subred que determina la parte de dirección IP que se usa para la red y subred, y la parte utilizada para los dispositivos. Las máscara de subred es un valor de 32 bits, que contiene una sucesión de unos para los ID de red y subred, seguida de una sucesión de ceros para el ID de host. Los administradores de la red deciden el tamaño de las subredes basándose en las necesidades y crecimiento previsible de la organización, y en función establecen la máscara correspondiente.

Las redes soportan difusiones, que son aquellos mensajes que deben llegar a todos los hosts de la red. El software IOS soporta tres tipos de difusión:

• Inundación. Las difusiones inundadas (255.255.255.255) no son permitidas y no se propagan, considerándose como una difusión local.
• Difusiones dirigidas a una red. Están permitidas y son retransmitidas por el router.
• Difusión a todas las subredes de una red. Están permitidas.

Funciones de la capa de Transporte

Los servicios de transporte permiten que los usuarios puedan segmentar y volver a ensamblar varias aplicaciones de capa superior en el mismo flujo de datos de la capa de transporte. Así, la capa de transporte ofrece control de flujo por ventanas deslinzantes y fiabilidad, obtenida a través de los números de secuencia y acuse de recibo. En la capa de transporte existen dos protocolos: TCP y UDP. Tanto TCP como UDP utilizan los números de puerto para pasar información a las capas superiores. Los desarrolladores de software tienen acordado usar números de puerto bien conocidos que están controlados por la IANA. La RFC 1700 define todos los números de puerto bien conocidos para TCP/IP. Si desea ver la lista completa de los números de puerto, consulte el sitio web de la IANA.

• Los números de puerto por debajo de 1024 se consideran puertos bien conocidos y son de carácter estático.
• Los números de puerto por encima de 1024, suelen ser asignados dinámicamente en los clientes y se consideran puertos dinámicos.
• Los puertos registrados son aquellos que han sido registrados por aplicaciones específicas del fabricante. La mayoría de ellos se sitúan por encima de 1024.

Entrando en más detalle con en los protocolos TCP y UDP:

• Transport Control Protocol (TCP). Se trata de un protocolo fiable, orientado a la conexión. TCP es responsable de la división de los mensajes en segmentos y el reensamblado posterior de los mismos cuando llegan a su destino, volviendo a enviar cualquiera que no haya sido recibido. Para poder conectar dos dispositivos en una red, es necesario establecer una sesión. Una sesión constituye una conexión lógica entre las capas de transporte iguales en los puestos de origen y destino.
  
  Para iniciar la conexión entre dos dispositivos a través de TCP, los dos hosts deben sincronizar sus números de secuencia inicial (SYN) mediante un intercambio de segmentos. Así la sincronización requiere que cada host envíe su propio número de secuencia inicial y que reciba una confirmación de que la transmisión se ha realizado con éxito, mediante un acuse de recibo (ACK) por parte del otro lado.
  
  El tamaño de ventana en TCP determina la cantidad de datos que acepta el puesto receptor de una vez, antes de que devuelva un acuse de recibo (ACK). Con un tamaño de ventana 1, al enviar un segmento, se esperará para enviar el siguiente cuando se haya recibido el acuse de recibo (ACK), con lo que en muchos casos se desperdicia el ancho de banda disponible. Los tamaños de ventana TCP varían durante la vida de una conexión. Cada acuse de recibo contiene un tamaño de ventana que indica la cantidad de segmentos que el receptor puede aceptar. Si el receptor tiene definido un tamaño de ventana de 2 y el emisor lo tiene de 3, el emisor enviará 3 paquetes, pero el receptor enviará un ACK del segundo, de forma que el tercer paquete deberá ser transmitido en la siguiente serie.
  
  TCP proporciona una secuencia de segmentos con un acuse de recibo de referencia. Cada datagrama es numerado antes de la transmisión. En el puerto receptor, TCP se encarga de volver a ensamblar los segmentos en un mensaje completo. Si falta un número de secuencia en la serie, o algún segmento no es reconocido dentro de un periodo de tiempo determinado, se da lugar a la retransmisión
  
  
• User Datagram Protocol (UDP). Es un protocolo sin conexión ni acuse de recibo. UDP no posee campos para números de secuencia ni tamaños de ventana. UDP está diseñado para que las aplicaciones proporcionen sus propios procesos de recuperación de errores. Aquí se cambia la fiabilidad por la velocidad.

Selección de Productos Cisco

Cisco cuenta con una herramienta de selección de productos en el sitio http://www.cisco.com/pcgi-bin/front.x/corona/prodtool/select.pl.

• Hubs de Cisco. Los criterios que deben utilizarse para la selección de hub incluyen la velocidad del medio necesaria, el número de puertos a cubrir, y las facilidades de administración remota. La serie Micro Hub representa la línea de prestaciones mínimas, con densidades de puertos fijas de baja velocidad. Fast Hub 100 y 200 representan soluciones intermedias, que ofrecen una conectividad a alta velocidad, junto a algunas características básicas de administración. Las series Fast Hub 300 y 400 ofrecen la máxima flexibilidad, con puertos modulares y manejabilidad; sin embargo, en este caso se trata de dispositivos de 100 Mbps exclusivamente. Antes de implementar un hub, debe averiguar qué puestos necesitan 10 Mbps y cuales precisan de 100Mbps. Los hubs de nivel inferior ofrecen sólo 10 Mbps, mientras que los de nivel medio ofrecen ambas especificaciones.
• Conmutadores de Cisco. Debemos considerar si se necesitan accesos de 10Mbps o 100Mbps, el número de puertos necesarios, necesidad de una mayor segmentación mediante VLAN, necesidades de distintos medios físicos, etc. Los conmutadores de Cisco poseen una gran variedad de interfaces de usuario, desde la línea de comando, hasta los menús y el web.
• Enrutadores de Cisco. Las densidades de puerto y velocidades de interfaz aumentan cuando se sube en la gama de routers Cisco. La serie 12000 es la primera en una categoría de productos Gigabit Switch Routers (GSR). El 12000 GSR soporta inicialmente un enlace backbone IP a OC-12 (622Mbps) y puede escalarse para manejar enlaces de hasta OC-48 (2,3 Gbps). En cambio un router de la serie 800 está diseñado para poder operar con conexiones Ethernet de 10Mbps para la red SOHO y servicios RDSI (ISDN) de 128 Kbps para Internet y oficinas corporativas.