Conmutador de red

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Un conmutador de red (también llamado concentrador de conmutación , concentrador de puente , conmutador Ethernet y, por el IEEE , puente MAC ^[1] ) es un hardware de red que conecta dispositivos en una red informática mediante el uso de conmutación de paquetes para recibir y reenviar datos al dispositivo de destino.

Un conmutador de red es un puente de red multipuerto que utiliza direcciones MAC para reenviar datos en la capa de enlace de datos (capa 2) del modelo OSI . Algunos conmutadores también pueden reenviar datos en la capa de red (capa 3) incorporando además la funcionalidad de enrutamiento . Dichos conmutadores se conocen comúnmente como conmutadores de capa 3 o conmutadores multicapa . ^[2]

Los conmutadores para Ethernet son la forma más común de conmutador de red. El primer puente MAC ^{[3] [4] [5]} fue inventado ^[6] en 1983 por Mark Kempf, un ingeniero del grupo de Desarrollo Avanzado de Redes de Digital Equipment Corporation . El primer producto de puente de 2 puertos (LANBridge 100) fue presentado por esa empresa poco después. Posteriormente, la empresa produjo conmutadores multipuerto tanto para Ethernet como para FDDI, como GigaSwitch. Digital decidió licenciar su patente de puente MAC de forma libre de regalías y no discriminatoria, lo que permitió la estandarización IEEE. Esto permitió que varias otras empresas produjeran conmutadores multipuerto, incluida Kalpana . ^[7] Ethernet fue inicialmente un medio de acceso compartido , pero la introducción del puente MAC inició su transformación en su forma punto a punto más común sin un dominio de colisión . También existen conmutadores para otros tipos de redes, incluidas Fibre Channel , Asynchronous Transfer Mode e InfiniBand .

A diferencia de los concentradores repetidores , que transmiten los mismos datos desde cada puerto y permiten que los dispositivos seleccionen los datos dirigidos a ellos, un conmutador de red aprende las direcciones Ethernet de los dispositivos conectados y luego solo envía los datos al puerto conectado al dispositivo al que están dirigidos. ^[8]

Un conmutador es un dispositivo de una red informática que conecta otros dispositivos entre sí. Se conectan varios cables de datos a un conmutador para permitir la comunicación entre diferentes dispositivos en red. Los conmutadores gestionan el flujo de datos a través de una red transmitiendo un paquete de red recibido únicamente a uno o más dispositivos a los que está destinado el paquete. Cada dispositivo en red conectado a un conmutador puede identificarse por su dirección de red , lo que permite que el conmutador dirija el flujo de tráfico maximizando la seguridad y la eficiencia de la red.

Un conmutador es más inteligente que un concentrador Ethernet , que simplemente retransmite paquetes desde todos los puertos del concentrador excepto el puerto en el que se recibió el paquete, sin poder distinguir diferentes destinatarios y logrando una eficiencia general de la red menor.

Un conmutador Ethernet opera en la capa de enlace de datos (capa 2) del modelo OSI para crear un dominio de colisión independiente para cada puerto del conmutador. Cada dispositivo conectado a un puerto del conmutador puede transferir datos a cualquiera de los otros puertos en cualquier momento y las transmisiones no interferirán. ^[a] Debido a que el conmutador sigue enviando transmisiones a todos los dispositivos conectados, el segmento de red recién formado continúa siendo un dominio de transmisión . Los conmutadores también pueden operar en capas superiores del modelo OSI, incluida la capa de red y superiores. Un conmutador que también opera en estas capas superiores se conoce como conmutador multicapa .

La segmentación implica el uso de un conmutador para dividir un dominio de colisión más grande en dominios más pequeños con el fin de reducir la probabilidad de colisión y mejorar el rendimiento general de la red. En el caso extremo (es decir, la microsegmentación), cada dispositivo está conectado directamente a un puerto de conmutador dedicado al dispositivo. A diferencia de un concentrador Ethernet, hay un dominio de colisión independiente en cada puerto de conmutador. Esto permite que las computadoras tengan un ancho de banda dedicado en conexiones punto a punto a la red y también funcionen en modo dúplex completo. El modo dúplex completo tiene solo un transmisor y un receptor por dominio de colisión, lo que hace que las colisiones sean imposibles.

El conmutador de red desempeña un papel fundamental en la mayoría de las redes de área local (LAN) Ethernet modernas. Las LAN de tamaño mediano a grande contienen una serie de conmutadores administrados vinculados. Las aplicaciones de pequeñas oficinas u oficinas en el hogar (SOHO) suelen utilizar un solo conmutador o un dispositivo multipropósito, como una puerta de enlace residencial , para acceder a servicios de banda ancha de pequeñas oficinas u hogares, como DSL o Internet por cable . En la mayoría de estos casos, el dispositivo del usuario final contiene un enrutador y componentes que interactúan con la tecnología de banda ancha física particular.

Muchos conmutadores tienen módulos enchufables, como los módulos SFP ( Small Form-factor Pluggable ). Estos módulos a menudo contienen un transceptor que conecta el conmutador a un medio físico, como un cable de fibra óptica. ^{[10] [11]} Estos módulos fueron precedidos por las unidades de conexión medianas conectadas a través de interfaces de unidad de conexión a los conmutadores ^{[12] [13]} y han evolucionado con el tiempo: los primeros módulos fueron convertidores de interfaz Gigabit , seguidos por módulos XENPAK , módulos SFP, transceptores XFP , módulos SFP+, módulos QSFP, ^[14] QSFP-DD, ^[15] y módulos OSFP ^[16] . Los módulos enchufables también se utilizan para transmitir vídeo en aplicaciones de difusión. ^{[17] [18]}

Los conmutadores se utilizan con mayor frecuencia como punto de conexión de red para los hosts en el borde de una red. En el modelo de interconexión de redes jerárquica y en arquitecturas de red similares, los conmutadores también se utilizan en zonas más profundas de la red para proporcionar conexiones entre los conmutadores en el borde.

En los conmutadores destinados a uso comercial, las interfaces integradas o modulares permiten conectar distintos tipos de redes, entre ellas Ethernet, Fibre Channel , RapidIO , ATM , ITU-T G.hn y 802.11 . Esta conectividad puede ser en cualquiera de las capas mencionadas. Si bien la funcionalidad de la capa 2 es adecuada para el desplazamiento del ancho de banda dentro de una tecnología, la interconexión de tecnologías como Ethernet y Token Ring se realiza más fácilmente en la capa 3 o mediante enrutamiento. ^[19] Los dispositivos que se interconectan en la capa 3 se denominan tradicionalmente enrutadores . ^[20]

Cuando se necesita un gran análisis del rendimiento y la seguridad de la red, se pueden conectar conmutadores entre enrutadores WAN como lugares para módulos analíticos. Algunos proveedores ofrecen módulos de firewall , ^{[21] [22]} detección de intrusiones en la red , ^[23] y análisis del rendimiento que se pueden conectar a los puertos de los conmutadores. Algunas de estas funciones pueden estar en módulos combinados. ^[24]

A través de la duplicación de puertos , un conmutador puede crear una imagen reflejada de los datos que pueden enviarse a un dispositivo externo, como sistemas de detección de intrusos y rastreadores de paquetes .

Un conmutador moderno puede implementar alimentación a través de Ethernet (PoE), lo que evita la necesidad de que los dispositivos conectados, como un teléfono VoIP o un punto de acceso inalámbrico , tengan una fuente de alimentación independiente. Dado que los conmutadores pueden tener circuitos de alimentación redundantes conectados a sistemas de alimentación ininterrumpida , el dispositivo conectado puede seguir funcionando incluso cuando falla la alimentación eléctrica habitual de la oficina.

En 1989 y 1990, Kalpana presentó el primer conmutador Ethernet multipuerto , su EtherSwitch de siete puertos. ^[25]

Los conmutadores comerciales modernos utilizan principalmente interfaces Ethernet. La función principal de un conmutador Ethernet es proporcionar múltiples puertos de conexión en puente de capa 2. La funcionalidad de capa 1 es necesaria en todos los conmutadores para respaldar las capas superiores. Muchos conmutadores también realizan operaciones en otras capas. Un dispositivo capaz de hacer más que conectar en puente se conoce como conmutador multicapa.

Un dispositivo de red de capa 2 es un dispositivo multipuerto que utiliza direcciones de hardware ( direcciones MAC ) para procesar y reenviar datos en la capa de enlace de datos (capa 2).

Un conmutador que funciona como puente de red puede interconectar redes de capa 2 que de otro modo estarían separadas. El puente aprende la dirección MAC de cada dispositivo conectado y almacena estos datos en una tabla que asigna las direcciones MAC a los puertos. Esta tabla se suele implementar utilizando memoria direccionable por contenido (CAM) de alta velocidad; algunos proveedores se refieren a la tabla de direcciones MAC como tabla CAM.

Los puentes también almacenan en búfer los paquetes entrantes y adaptan la velocidad de transmisión a la del puerto de salida. Si bien existen aplicaciones especializadas, como las redes de área de almacenamiento, donde las interfaces de entrada y salida tienen el mismo ancho de banda, esto no siempre es así en las aplicaciones LAN generales. En las LAN, un conmutador utilizado para el acceso del usuario final generalmente concentra un ancho de banda menor y enlaces ascendentes en un ancho de banda mayor.

El encabezado Ethernet al comienzo de la trama contiene toda la información necesaria para tomar una decisión de reenvío; algunos conmutadores de alto rendimiento pueden comenzar a reenviar la trama al destino mientras siguen recibiendo la carga útil de la trama del remitente. Esta conmutación de corte directo puede reducir significativamente la latencia a través del conmutador.

Las interconexiones entre conmutadores pueden regularse mediante el protocolo de árbol de expansión (STP), que desactiva el reenvío en los enlaces de modo que la red de área local resultante sea un árbol sin bucles de conmutación . A diferencia de los enrutadores, los puentes de árbol de expansión deben tener topologías con una sola ruta activa entre dos puntos. El puenteo de ruta más corta y TRILL (Interconexión transparente de muchos enlaces) son alternativas de capa 2 al STP que permiten que todas las rutas estén activas con múltiples rutas de igual costo. ^{[26] [27]}

Los conmutadores están disponibles en muchos factores de forma, incluidas unidades de escritorio independientes que generalmente están destinadas a usarse en un entorno doméstico o de oficina fuera de un armario de cableado ; conmutadores montados en bastidor para usar en un bastidor de equipo o un gabinete ; conmutadores montados en riel DIN para usar en entornos industriales ; e conmutadores de instalación pequeños, montados en un conducto de cables, una caja de piso o una torre de comunicaciones, como los que se encuentran, por ejemplo, en las infraestructuras de fibra hasta la oficina .

Los conmutadores montados en bastidor pueden ser unidades independientes, conmutadores apilables o unidades de chasis grandes con tarjetas de línea intercambiables.

• Los conmutadores no administrados no tienen interfaz de configuración ni opciones. Son plug and play . Por lo general, son los conmutadores menos costosos y, por lo tanto, se utilizan a menudo en entornos de oficinas pequeñas o domésticas . Los conmutadores no administrados pueden instalarse en un escritorio o en un bastidor. ^[28]
• Los conmutadores administrados tienen uno o más métodos para modificar el funcionamiento del conmutador. Los métodos de administración comunes incluyen: una interfaz de línea de comandos (CLI) a la que se accede a través de una consola serial , Telnet o Secure Shell , un agente de Protocolo simple de administración de red (SNMP) integrado que permite la administración desde una consola remota o una estación de administración, o una interfaz web para la administración desde un navegador web . Dos subclases de conmutadores administrados son los conmutadores inteligentes y los administrados por la empresa. ^[28]
• Los conmutadores inteligentes (también conocidos como conmutadores inteligentes) son conmutadores administrados con un conjunto limitado de funciones de administración. Del mismo modo, los conmutadores "administrados por web" son conmutadores que se encuentran en un nicho de mercado entre los no administrados y los administrados. Por un precio mucho menor que un conmutador completamente administrado, proporcionan una interfaz web (y, por lo general, sin acceso CLI) y permiten la configuración de parámetros básicos, como VLAN, ancho de banda de puerto y dúplex. ^{[29] [28]}
• Los conmutadores administrados por empresas (también conocidos como conmutadores gestionados) tienen un conjunto completo de funciones de administración, que incluyen CLI, agente SNMP e interfaz web. Pueden tener funciones adicionales para manipular configuraciones, como la capacidad de mostrar, modificar, realizar copias de seguridad y restaurar configuraciones. En comparación con los conmutadores inteligentes, los conmutadores empresariales tienen más funciones que se pueden personalizar u optimizar y, por lo general, son más costosos que los conmutadores inteligentes. Los conmutadores empresariales se encuentran generalmente en redes con una mayor cantidad de conmutadores y conexiones, donde la administración centralizada supone un ahorro significativo en tiempo y esfuerzo administrativo. Un conmutador apilable es un tipo de conmutador administrado por empresas.

• Gestión centralizada de la configuración y distribución de la configuración
• Habilitar y deshabilitar puertos
• Ancho de banda de enlace y configuración dúplex
• Configuración y monitorización de la calidad del servicio
• Filtrado de MAC y otras funciones de listas de control de acceso
• Configuración de las funciones de protocolo de árbol de expansión (STP) y puente de ruta más corta (SPB)
• Monitoreo del estado del dispositivo y del enlace mediante el Protocolo simple de administración de red (SNMP)
• Duplicación de puertos para monitorizar el tráfico y solucionar problemas
• Configuración de agregación de enlaces para configurar múltiples puertos para la misma conexión para lograr mayores tasas de transferencia de datos y confiabilidad
• Configuración de VLAN y asignación de puertos, incluido el etiquetado IEEE 802.1Q
• Sincronización NTP ( Protocolo de tiempo de red )
• Funciones de control de acceso a la red como IEEE 802.1X
• LLDP ( Protocolo de descubrimiento de capa de enlace )
• Inspección IGMP para el control del tráfico de multidifusión

Es difícil monitorear el tráfico que se conecta mediante un conmutador porque solo los puertos de envío y recepción pueden ver el tráfico.

Los métodos diseñados específicamente para permitir que un analista de red monitoree el tráfico incluyen:

• Duplicación de puertos : dado que el propósito de un conmutador no  es reenviar tráfico a segmentos de red donde sería superfluo, un nodo conectado a un conmutador no puede monitorear el tráfico en otros segmentos. La duplicación de puertos es la forma en que se aborda este problema en las redes conmutadas: además del comportamiento habitual de reenviar tramas solo a los puertos a través de los cuales podrían llegar a sus destinatarios, el conmutador reenvía las tramas recibidas a través de un puerto monitoreado determinado a un puerto de monitoreo designado , lo que permite el análisis del tráfico que de otro modo no sería visible a través del conmutador.
• SMON – “Switch Monitoring” se describe en RFC 2613 y es un protocolo para controlar funciones como la duplicación de puertos.
• RMON ^[30]
• Flujo continuo

Estas funciones de monitoreo rara vez están presentes en los conmutadores de nivel de consumidor. Otros métodos de monitoreo incluyen la conexión de un concentrador de capa 1 o una derivación de red entre el dispositivo monitoreado y su puerto de conmutador. ^[31]

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• Qué tener en cuenta al comprar un conmutador Ethernet