Dominios de colisión y difusión

Un dominio de colisión es el grupo de equipos que se disputan un mismo medio: todos pueden emitir por él y, si dos lo hacen a la vez, sus señales se estropean mutuamente. Si dos estaciones están en dominios de colisión distintos, no pueden interferirse por mucho que transmitan a la vez.

El concepto se define sobre el nivel físico, así que los aparatos que trabajan solo en ese nivel no lo dividen: un repetidor o un concentrador extienden el dominio de colisión en lugar de partirlo, porque lo que les entra por una boca lo repiten por todas las demás sin ninguna lógica de por medio.

Cuanto mayor es el dominio de colisión, peor rinde la red: más equipos compitiendo significan más choques, más reintentos y menos tiempo útil en el cable.

Si el problema es que hay demasiados equipos compitiendo por el mismo medio, la solución es partir ese medio en trozos más pequeños. A eso se le llama segmentar la red, y consiste en intercalar un dispositivo que trabaje al menos en el nivel de enlace, de forma que a cada lado quede un dominio de colisión independiente.

El caso extremo es la microsegmentación: cuando en cada dominio de colisión queda un solo equipo. Es lo que consigue un conmutador dando a cada boca su propio enlace, y es la situación normal de cualquier red local moderna. Con un único equipo en el dominio no hay nadie con quien competir, y las colisiones desaparecen.

Segmentar reduce el tamaño de los dominios de colisión; microsegmentar los reduce hasta uno. Es la respuesta cuando la pregunta plantea cómo mejorar el rendimiento de una red local congestionada.

Un dominio de difusión es el conjunto de estaciones de una misma red local que reciben los mensajes de difusión que emite cualquiera de ellas. La dirección de difusión de nivel de enlace es FF:FF:FF:FF:FF:FF, y una trama dirigida a ella llega a todas las estaciones del dominio, sin excepción.

La difusión no es un accidente ni un abuso: es imprescindible. Protocolos básicos como la resolución de direcciones, que es la que averigua qué MAC corresponde a una IP, o el descubrimiento del servidor que reparte direcciones, funcionan preguntando a todo el mundo porque todavía no saben a quién preguntar. El problema no es que exista, es que un dominio de difusión demasiado grande hace que ese tráfico lo procese cada una de las tarjetas de la red.

El dominio de difusión se define en el nivel de enlace, así que ni los concentradores ni los puentes ni los conmutadores lo dividen: una trama de difusión atraviesa un conmutador y se propaga por todas sus bocas. Solo lo parten un dispositivo de nivel 3, que no reenvía la difusión de una subred a otra, o una red local virtual, que lo divide lógicamente dentro del propio conmutador.

Un conmutador con diez bocas ocupadas tiene diez dominios de colisión y un solo dominio de difusión. Esa frase resuelve por sí sola una buena parte de las preguntas del tema.

Una tormenta de difusión es la situación en la que el tráfico de difusión crece hasta degradar o colapsar la red. Se produce en redes mal diseñadas y, sobre todo, cuando existen caminos redundantes no previstos entre conmutadores, es decir, bucles en el nivel 2.

El motivo por el que un bucle de nivel 2 es tan destructivo está en la propia trama Ethernet: no tiene ningún campo que cuente saltos ni tiempo de vida, a diferencia de un paquete de nivel 3. Una trama de difusión que entra en un bucle se reenvía indefinidamente, y como en cada conmutador se duplica por cada camino disponible, el número de copias crece muy deprisa hasta consumir toda la capacidad de los enlaces y toda la capacidad de proceso de los equipos.

• Los enlaces se saturan con copias de las mismas tramas y el tráfico útil deja de pasar.
• Las tablas de direcciones de los conmutadores se vuelven inestables, porque la misma dirección de origen aparece llegando por bocas distintas a cada instante.
• Los equipos finales se quedan sin capacidad de proceso atendiendo interrupciones de red.
• La red no se recupera sola: hay que romper el bucle, y por eso existe un protocolo dedicado a impedir que se forme.

Bucle de nivel 2 y tormenta de difusión son causa y efecto, no sinónimos. La solución preventiva es el árbol de expansión, que bloquea enlaces hasta dejar un único camino entre cada par de conmutadores.