Conmutador multicapa

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Un conmutador multicapa (MLS) es un dispositivo de red informática que conmuta en la capa 2 de OSI como un conmutador de red normal y proporciona funciones adicionales en capas OSI superiores . El MLS fue inventado ^[1] por ingenieros de Digital Equipment Corporation .

Las tecnologías de conmutación son fundamentales para el diseño de redes , ya que permiten enviar el tráfico solo a donde se necesita en la mayoría de los casos, mediante métodos rápidos basados ​​en hardware. La conmutación utiliza diferentes tipos de conmutadores de red. Un conmutador estándar se conoce como conmutador de capa 2 y se encuentra comúnmente en casi cualquier LAN. Los conmutadores de capa 3 o capa 4 requieren tecnología avanzada (consulte conmutador administrado ) y son más costosos, por lo que generalmente solo se encuentran en LAN más grandes o en entornos de red especiales.

La conmutación multicapa combina tecnologías de conmutación de capa 2, 3 y 4 y proporciona escalabilidad de alta velocidad con baja latencia. La conmutación multicapa puede mover tráfico a velocidad de cable y también proporcionar enrutamiento de capa 3. No hay diferencia de rendimiento entre el reenvío en diferentes capas porque el enrutamiento y la conmutación se basan en hardware: las decisiones de enrutamiento las toman circuitos integrados específicos de la aplicación (ASIC) especializados con la ayuda de la memoria direccionable por contenido . ^[2]

La conmutación multicapa puede tomar decisiones de enrutamiento y conmutación en función de lo siguiente:

• Dirección MAC en un marco de enlace de datos
• Campo de protocolo en el marco de enlace de datos
• Dirección IP en el encabezado de la capa de red
• Campo de protocolo en el encabezado de la capa de red
• Números de puerto en el encabezado de la capa de transporte

Los MLS implementan QoS en hardware. Un conmutador multicapa puede priorizar los paquetes mediante el punto de código de servicios diferenciados (DSCP) de 6 bits. Estos 6 bits se utilizaban originalmente para el tipo de servicio . Las siguientes 4 asignaciones están normalmente disponibles en un MLS: ^{[ cita requerida ]}

• Desde la capa 2, 3 o 4 de OSI hasta IP DSCP (para paquetes IP) o IEEE 802.1p
• De IEEE 802.1p a IP DSCP
• De IP DSCP a IEEE 802.1p
• De VLAN IEEE 802.1p a cola de salida del puerto.

Los MLS también pueden enrutar el tráfico IP entre VLAN como un enrutador común . El enrutamiento normalmente es tan rápido como la conmutación (a velocidad de cable).

La conmutación de capa 2 utiliza las direcciones MAC de los controladores de interfaz de red (NIC) de los hosts para decidir dónde reenviar tramas. La conmutación de capa 2 se basa en hardware, lo que significa que los conmutadores utilizan ASIC para crear y mantener la base de información de reenvío y para realizar el reenvío de paquetes a velocidad de cable. Una forma de pensar en un conmutador de capa 2 es como un puente multipuerto .

La conmutación de capa 2 es muy eficiente porque no se requiere ninguna modificación de la trama. La encapsulación del paquete cambia solo cuando el paquete de datos pasa por medios diferentes (como de Ethernet a FDDI). La conmutación de capa 2 se utiliza para la conectividad de grupos de trabajo y la segmentación de la red (dividiendo los dominios de colisión ). Esto permite un diseño de red más plano con más segmentos de red que las redes convencionales unidas por concentradores repetidores y enrutadores.

Los conmutadores de capa 2 tienen las mismas limitaciones que los puentes. Los puentes rompen los dominios de colisión, pero la red sigue siendo un gran dominio de difusión, lo que puede causar problemas de rendimiento y limitar el tamaño de una red. La difusión y la multidifusión, junto con la convergencia lenta del árbol de expansión, pueden causar problemas importantes a medida que la red crece. Debido a estos problemas, los conmutadores de capa 2 no pueden reemplazar por completo a los enrutadores. Los puentes son buenos si una red está diseñada según la regla 80/20 : los usuarios pasan el 80 por ciento de su tiempo en su segmento local. ^{[ cita requerida ]}

Un conmutador de capa 3 puede realizar algunas o todas las funciones que normalmente realiza un enrutador. Sin embargo, la mayoría de los conmutadores de red se limitan a admitir un solo tipo de red física, generalmente Ethernet, mientras que un enrutador puede admitir diferentes tipos de redes físicas en diferentes puertos.

La conmutación de capa 3 se basa únicamente en la dirección IP (de destino) almacenada en el encabezado de un datagrama IP (la conmutación de capa 4 puede utilizar otra información en el encabezado). La diferencia entre un conmutador de capa 3 y un enrutador es la forma en que el dispositivo toma la decisión de enrutamiento. Convencionalmente, los enrutadores utilizan microprocesadores para tomar decisiones de reenvío en software, mientras que el conmutador realiza solo conmutación de paquetes basada en hardware (mediante ASIC especializados con la ayuda de memoria direccionable por contenido). ^{[2] [3]} Sin embargo, muchos enrutadores ahora también tienen funciones de hardware avanzadas para ayudar con el reenvío.

La principal ventaja de los conmutadores de capa 3 es la posibilidad de lograr una latencia de red menor , ya que un paquete se puede enrutar sin realizar saltos de red adicionales a un enrutador. Por ejemplo, conectar dos segmentos distintos (por ejemplo, VLAN ) con un enrutador a un conmutador de capa 2 estándar requiere pasar la trama al conmutador (primer salto L2), luego al enrutador (segundo salto L2) donde se enruta el paquete dentro de la trama (salto L3) y luego se pasa de nuevo al conmutador (tercer salto L2). Un conmutador de capa 3 realiza la misma tarea sin la necesidad de un enrutador (y, por lo tanto, saltos adicionales) al tomar la decisión de enrutamiento por sí mismo, es decir, el paquete se enruta a otra subred y se conmuta al puerto de red de destino simultáneamente.

Dado que muchos conmutadores de capa 3 ofrecen la misma funcionalidad que los enrutadores convencionales, se pueden utilizar como reemplazos más económicos y con menor latencia en algunas redes. Los conmutadores de capa 3 pueden realizar las siguientes acciones que también pueden realizar los enrutadores:

• determinar rutas en función del direccionamiento lógico
• comprobar y volver a calcular las sumas de comprobación del encabezado de capa 3
• Examinar y actualizar el campo de tiempo de vida (TTL)
• Procesar y responder a cualquier información de opción
• Actualizar los administradores del Protocolo simple de administración de redes (SNMP) con información de la Base de información de administración (MIB)

Los beneficios de la conmutación de capa 3 incluyen los siguientes:

• Reenvío rápido de paquetes basado en hardware con baja latencia
• Costo por puerto más bajo en comparación con los enrutadores puros
• contabilidad de flujo
• Calidad de servicio (QoS)

El IEEE ^{[ cita requerida ]} ha desarrollado una terminología jerárquica que resulta útil para describir los procesos de reenvío y conmutación. Los dispositivos de red sin la capacidad de reenviar paquetes entre subredes se denominan sistemas finales (ES, ES singular), mientras que los dispositivos de red con estas capacidades se denominan sistemas intermedios (IS). Los IS se dividen a su vez en aquellos que se comunican solo dentro de su dominio de enrutamiento (IS intradominio) y aquellos que se comunican tanto dentro como entre dominios de enrutamiento (IS interdominio). Un dominio de enrutamiento se considera generalmente como una parte de una interred bajo autoridad administrativa común y está regulado por un conjunto particular de pautas administrativas. Los dominios de enrutamiento también se denominan sistemas autónomos.

Una capacidad común de la capa 3 es el reconocimiento de la multidifusión IP a través del espionaje IGMP . Con este reconocimiento, un conmutador de capa 3 puede aumentar la eficiencia al entregar el tráfico de un grupo de multidifusión solo a los puertos en los que el dispositivo conectado ha indicado que desea escuchar ese grupo.

Los conmutadores de capa 3 suelen admitir el enrutamiento de IP entre las VLAN configuradas en el conmutador. Algunos conmutadores de capa 3 admiten los protocolos de enrutamiento que utilizan los enrutadores para intercambiar información sobre rutas entre redes.

La conmutación de capa 4 significa tecnología de conmutación de capa 3 basada en hardware que también puede considerar el tipo de tráfico de red (por ejemplo, distinguir entre UDP y TCP ). La conmutación de capa 4 proporciona una inspección adicional de datagramas al leer los números de puerto que se encuentran en el encabezado de la capa de transporte para tomar decisiones de enrutamiento (es decir, puertos utilizados por HTTP , FTP y VoIP ). Estos números de puerto se encuentran en RFC 1700 y hacen referencia al protocolo, programa o aplicación de la capa superior.

Mediante la conmutación de capa 4, el administrador de red puede configurar un conmutador de capa 4 para priorizar el tráfico de datos por aplicación. La información de capa 4 también se puede utilizar para ayudar a tomar decisiones de enrutamiento. Por ejemplo, las listas de acceso extendidas pueden filtrar paquetes en función de los números de puerto de capa 4. Otro ejemplo es la información de contabilidad recopilada por estándares abiertos mediante sFlow .

Un conmutador de capa 4 puede utilizar información de los protocolos de la capa de transporte para tomar decisiones de reenvío. Esto se refiere principalmente a la capacidad de utilizar números de puerto de origen y destino en las comunicaciones TCP y UDP para permitir, bloquear y priorizar las comunicaciones. ^[4]

Algunos conmutadores pueden utilizar información de paquetes hasta la capa 7 de OSI; estos pueden denominarse conmutadores de capa 4-7.cambios de contenido ,conmutadores de servicios de contenido , conmutadores web o conmutadores de aplicaciones.

Los conmutadores de contenido se utilizan normalmente para equilibrar la carga entre grupos de servidores. El equilibrio de carga se puede realizar en HTTP , HTTPS , VPN o cualquier tráfico TCP/IP que utilice un puerto específico. El equilibrio de carga a menudo implica la traducción de la dirección de red de destino, de modo que el cliente del servicio de equilibrio de carga no esté totalmente al tanto de qué servidor está manejando sus solicitudes. Algunos conmutadores de capa 4 a 7 pueden realizar la traducción de direcciones de red (NAT) a velocidad de cable. Los conmutadores de contenido a menudo se pueden utilizar para realizar operaciones estándar, como el cifrado y descifrado SSL , para reducir la carga en los servidores que reciben el tráfico o para centralizar la gestión de certificados digitales . La conmutación de capa 7 es una tecnología utilizada en una red de entrega de contenido (CDN).

Algunas aplicaciones requieren que las solicitudes repetidas de un cliente se dirijan al mismo servidor de aplicaciones. Dado que el cliente generalmente no sabe con qué servidor habló antes, los cambios de contenido definen una noción de adherencia. Por ejemplo, las solicitudes de la misma dirección IP de origen se dirigen al mismo servidor de aplicaciones cada vez. La adherencia también puede basarse en identificadores SSL y algunos cambios de contenido pueden usar cookies para proporcionar esta funcionalidad.

El enrutador opera en la capa de transporte y toma decisiones sobre dónde enviar los paquetes. Los enrutadores de equilibrio de carga modernos pueden usar diferentes reglas para tomar decisiones sobre dónde enrutar el tráfico. Esto puede basarse en la menor carga, en los tiempos de respuesta más rápidos o simplemente en equilibrar las solicitudes a múltiples destinos que brinden los mismos servicios. Este también es un método de redundancia , por lo que si una máquina no está en funcionamiento, el enrutador no le enviará tráfico.

El enrutador también puede tener capacidad NAT con reconocimiento de puertos y transacciones y realiza una forma de traducción de puertos para enviar paquetes entrantes a una o más máquinas que están ocultas detrás de una única dirección IP.

Los conmutadores de capa 7 pueden distribuir la carga en función de localizadores uniformes de recursos (URL) o mediante el uso de alguna técnica específica de la instalación para reconocer transacciones a nivel de aplicación. Un conmutador de capa 7 puede incluir una caché web y participar en una red de distribución de contenido ( CDN ). ^{[5] [ verificación fallida ]}

• Controlador de entrega de aplicaciones
• Enrutador de puente
• Conmutación de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
• Puerta de entrada residencial

• ¿Cuál es la diferencia entre un conmutador de capa 3 y un enrutador?
• Conmutación multicapa