¿Qué es un conmutador de red?

Un conmutador de red se define como un componente de hardware responsable de transmitir datos desde una red informática al punto final de destino a través de la conmutación de paquetes, la identificación de direcciones MAC y un sistema de puente multipuerto. Este artículo explica cómo funciona un conmutador de red, sus tipos y sus usos.

Un conmutador de red es un componente de hardware responsable de transmitir datos desde las redes hasta el punto final de destino a través de la conmutación de paquetes, la identificación de direcciones MAC y un sistema de puente multipuerto.

Conmutador de red estándar de la industria de Cisco | FuenteAbre en nueva ventana

Un conmutador de red conecta y transmite paquetes de datos hacia y desde dispositivos en una red de área local (LAN). Lejos de un enrutador, un conmutador solo distribuye información al dispositivo para el que fue diseñado, incluido algún otro conmutador, un enrutador o la computadora de un usuario, en lugar de a varios dispositivos en una red.

Hoy en día, las redes son críticas para apoyar a las empresas, ofrecer servicios conectados y permitir la colaboración, entre otras cosas. Como vinculan dispositivos que comparten recursos, los conmutadores de red son un componente vital de todas las redes.

Un conmutador de red funciona en el enlace de datos de capa 2 de la arquitectura de interconexión de sistemas abiertos (OSI). Acepta paquetes de puntos de acceso vinculados a puertos físicos y luego los envía solo a través de los puertos que van a un dispositivo de destino.

Estos también podrían funcionar donde se produce el enrutamiento en la capa 3 de la red. Los conmutadores son componentes estándar en Ethernet, canales de fibra, InfiniBand y redes de modo de transferencia asíncrono (ATM), por nombrar algunos. Sin embargo, la mayoría de los conmutadores de hoy en día utilizan Ethernet.

Un conmutador de red conecta dispositivos de red (impresoras, computadoras y dispositivos/puntos de acceso inalámbricos) y permite a los usuarios intercambiar paquetes de datos. Los conmutadores pueden ser dispositivos virtuales basados ​​tanto en hardware como en software que gobiernan los sistemas físicos. En los sistemas de red actuales, los conmutadores forman la gran mayoría de los equipos de red.

Conectan PC de escritorio, maquinaria industrial, puntos de acceso inalámbrico y dispositivos específicos de Internet de las cosas (IoT), incluidos los sistemas de entrada de tarjetas para Internet.

Conectan las máquinas en los centros de datos que operan máquinas virtuales (VM) y la mayoría de los servidores y dispositivos de almacenamiento. En las redes de proveedores de telecomunicaciones, transportan volúmenes masivos de datos.

Ver más:Abre una nueva ventana ¿Qué es el hardware de red? Definición, Arquitectura, Desafíos y Mejores Prácticas

Un conmutador de red puede funcionar de tres maneras:

Como se ilustra a continuación, un conmutador de red es un puente multipuerto para redes que operan en la capa 2 de conexión de datos del modelo OSI. Es responsable de la transmisión de datos utilizando direcciones de control de acceso a medios (MAC). Ciertos conmutadores pueden reenviar datos a la capa de red (es decir, la capa 3) porque están equipados con funcionalidad de enrutamiento. Los conmutadores de capa 3, a menudo conocidos como conmutadores multicapa, son ejemplos de tales conmutadores.

El conmutador de red es parte de la capa 2 en el modelo OSI

Cuando las tramas se envían a una dirección MAC no reconocida por la infraestructura del conmutador, se inundan a todos los puertos del dominio de conmutación para que se entreguen a su destinatario previsto. La saturación también ocurre en los marcos utilizados para la transmisión y la multidifusión. Como parte del diseño OSI, la función de inundación BUM transforma un conmutador en una capa de enlace de datos o un dispositivo de capa 2. La inundación de BUM se refiere a la inundación de tráfico desconocido de unidifusión, difusión y multidifusión.

Los switches son componentes esenciales de toda red. Vinculan varios dispositivos en la misma red dentro de un local, como PC, impresoras, puntos de acceso inalámbrico y servidores.

Un conmutador permite que los dispositivos vinculados transfieran datos y se comuniquen entre sí. Cuando los dispositivos están conectados a conmutadores, toman nota de la información de control de acceso a medios (MAC) del dispositivo. Esta dirección es un código almacenado en la tarjeta de interfaz de red (NIC) del dispositivo, que es la parte del dispositivo que se conecta al conmutador a través de un cable Ethernet.

La dirección MAC determina qué dispositivo asociado envía los paquetes salientes y las direcciones donde se deben entregar los paquetes entrantes. A diferencia de la dirección IP de la capa 3 de la red, que puede asignarse a un dispositivo de forma esporádica y cambiar con el tiempo, la dirección MAC se utiliza para identificar el dispositivo de extremo físico de forma persistente. Cuando un dispositivo transmite un paquete a otro dispositivo, llega al conmutador, que escanea el encabezado del paquete para averiguar qué hacer a continuación.

Comprueba la dirección del destino y transmite el paquete a los dispositivos a través de los puertos adecuados. Muchos conmutadores están equipados con capacidades de dúplex completo para minimizar la posibilidad de colisiones en el tráfico de la red. Esto proporciona a los paquetes todo el ancho de banda de la conexión entre el dispositivo y el conmutador.

Aunque los conmutadores normalmente realizan funciones en la capa 2, pueden hacerlo en la capa 3. Esto es necesario para permitir redes de área local virtual (VLAN), es decir, segmentos de red lógicos que se extienden más allá de las subredes. El tráfico debe pasar entre los conmutadores para pasar de una subred a otra, lo que se facilita gracias a sus capacidades de enrutamiento integradas.

Ver más: ¿Qué es la gestión de red? Definición, componentes clave y mejores prácticas

Los conmutadores de red están disponibles en varios tipos y categorías para abordar diferentes casos de uso. Estos son:

Tipos de conmutadores de red

Los conmutadores administrados, que se ven más comúnmente en entornos comerciales y empresariales, brindan mayor capacidad y capacidades para los expertos en TI. Para configurar conmutadores gestionados, se utilizan interfaces de línea de comandos. Habilitan agentes de protocolo de administración de red simples, que ofrecen información para solucionar problemas de red.

Los administradores también pueden usarlos para crear LAN virtuales para dividir una red local en partes más pequeñas. Los conmutadores gestionados son sustancialmente más caros que los conmutadores no gestionados debido a su funcionalidad adicional.

Los conmutadores más básicos son conmutadores no administrados, que tienen una configuración establecida. Un conmutador no administrado simplemente expande las conexiones Ethernet de una LAN, lo que permite conexiones de Internet adicionales a los dispositivos locales. Los conmutadores no administrados usan direcciones MAC de dispositivos para transmitir datos de un lado a otro. Por lo general, son plug-and-play, lo que significa que el usuario tiene pocas alternativas para elegir.

Estos conmutadores pueden tener configuraciones predeterminadas para aspectos como la calidad del servicio, pero no se pueden modificar. Los conmutadores no administrados son relativamente baratos, pero su escasa capacidad los hace inadecuados para muchas aplicaciones corporativas.

Las capacidades de PoE ahora están disponibles en algunos conmutadores de red, lo que hace que la instalación de dispositivos IoT y otros equipos sea más rápida, sencilla y segura. PoE es un método para suministrar alimentación de CC a dispositivos de bajo consumo a través de un cable LAN. Los dispositivos de bajo consumo conectados a un conmutador de red compatible con PoE ya no necesitarán una fuente de alimentación. Cuando no es posible ocultar las conexiones, esto evita la necesidad de tomas de corriente adicionales y hace que la instalación parezca eficiente. Un conmutador compatible con PoE también es más seguro porque la potencia de salida es baja y se gestiona de forma inteligente.

Los conmutadores de LAN, o conmutadores de red de área local, se utilizan normalmente para vincular ubicaciones en la LAN interna de una empresa. También se le conoce como conmutador Ethernet o conmutador de datos. La asignación eficiente de ancho de banda evita que los paquetes de datos se superpongan mientras viajan a través de una red. Antes de dirigir el paquete de datos entregado a su destino previsto, el conmutador LAN lo entrega. Estos conmutadores alivian la congestión o los cuellos de botella de la red al enviar un paquete de datos únicamente a su receptor previsto.

Los conmutadores administrados se denominan conmutadores inteligentes o inteligentes cuando tienen características que van más allá de un conmutador no administrado pero son menores que las de un conmutador administrado convencional. Por lo tanto, son más avanzados que los conmutadores no administrados, pero menos costosos que los totalmente controlables.

Es posible que otras alternativas, como las VLAN, no ofrezcan tantas funciones como los conmutadores totalmente controlados. Sin embargo, debido a que son menos costosos, pueden ser adecuados para redes más pequeñas con presupuestos limitados y menos requisitos de funciones.

Los conmutadores modulares le permiten agregar módulos de extensión según sea necesario, lo que proporciona una mayor flexibilidad a medida que crece la red. Los módulos de expansión para conexión inalámbrica, firewalls y análisis de red son algunos ejemplos de opciones de expansión específicas de la aplicación.

Pueden ser posibles conexiones adicionales, fuentes de alimentación y ventiladores de refrigeración. Sin embargo, estos conmutadores son significativamente más caros que los fijos y, a menudo, se emplean en redes masivas. En la mayoría de los casos, también incluyen capacidades de Capa 3 (además de la Capa 2), lo que les permite operar como enrutadores de red.

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Los conmutadores de configuración fija cuentan con una cantidad fija de puertos y, a menudo, no se pueden expandir, lo que los hace asequibles con el tiempo. Los interruptores más comunes en el mercado son estos. Tienen una cantidad predeterminada de puertos Ethernet, por ejemplo, 8 puertos Gigabit, 16 puertos, 24 puertos y 48 puertos, entre otros. Pueden tener una variedad de puertos (en términos de velocidad y conexión). Sin embargo, las velocidades de los puertos suelen ser de 1 Gbps (como mínimo) y las opciones de conectividad son puertos eléctricos con cable (RJ45) o puertos de fibra óptica.

Los switches apilables le permiten optimizar su red al mismo tiempo que aumentan su confiabilidad. Con un conmutador apilable real, estos grupos de conmutadores funcionan como un único conmutador alimentado por un único agente SNMP/RMON, un dominio, una sola interfaz de línea de comandos (CLI) o una interfaz web.

La capacidad de crear agrupaciones de agregación de enlaces que cubran varias unidades en la pila, transferir tráfico espejo de un componente a otro en la pila y configurar la calidad de servicio (QoS) que abarque todas las unidades son ventajas de usar este tipo de conmutadores para la conexión.

Los interruptores son parte de la capa de capa 2 del modelo OSI. Funcionan en la capa de la red de datos y su trabajo principal es reenviar tramas de Ethernet lo más rápido posible de un puerto a otro. Debido a que operan en la capa de red del modelo OSI, estos conmutadores se denominan conmutadores de capa 3. Un conmutador de capa 3 es un híbrido de dispositivos de capa 2 y 3. Su software es más complejo que los conmutadores de capa 2 tradicionales y pueden ejecutar protocolos de enrutamiento dinámico.

Los centros de datos han explotado en popularidad en los últimos años. Casi todas las organizaciones importantes consolidan sus activos y redes de TI en unos pocos centros de datos grandes para facilitar la administración, la gestión y otras razones. Como resultado, los switches de los centros de datos deben tener funciones como rendimiento de alta velocidad, gran capacidad de puertos, baja latencia, soporte de virtualización, seguridad y QoS, entre otras.

La gama de dispositivos Cisco Nexus es un excelente ejemplo de conmutadores de centros de datos. Estos conmutadores son ideales para implementar el concepto de red definida por software (SDN) y proporcionar virtualización y capacidad de programación.

El conector RJ45 se conecta a un cable Ethernet estándar y es la interfaz de conmutador más común. En muchas circunstancias, deberá emplear una conexión de fibra óptica para ampliar la conectividad más allá del límite de 100 metros de los cables Ethernet estándar. Los conmutadores con puertos de fibra óptica suelen tener puertos RJ45 y puertos de fibra óptica adicionales para conectarse a conexiones de fibra.

Se llaman puertos de fibra óptica enchufables de factor de forma pequeño. En la mayoría de los casos, los puertos de fibra óptica se utilizan para conectarse a otros conmutadores remotos, ya sea dentro del mismo edificio o en instalaciones ubicadas a kilómetros de distancia.

Este interruptor conecta numerosas computadoras a un teclado, mouse o monitor. Estos interruptores se usan con frecuencia para controlar grupos de servidores mientras se quitan los cables del escritorio. Un conmutador KVM es una excelente interfaz para un usuario que desea manejar muchas máquinas desde una sola consola. Las teclas de acceso rápido del teclado generalmente se pueden configurar en estos dispositivos, lo que le permite cambiar rápidamente entre PC. Un extensor KVM puede aumentar el alcance del conmutador en varios cientos de pies para transmitir transmisiones de video DVI, VGA o HDMI.

Ver más: Cómo preparar las redes para la primera era de la nube con SD-WAN

Al implementar conmutadores de red, los administradores de TI deben recordar los siguientes casos de uso y aplicaciones:

Usos de un conmutador de red

Un conmutador de red puede tener un sinfín de puertos para conectar cables, lo que resulta útil en una topología en estrella. Además, los conmutadores conectan muchas computadoras al sistema de red. Ya sea que las computadoras estén ubicadas al otro lado de la habitación o al otro lado del mundo, la función principal de un conmutador de red es mover paquetes de datos de una computadora a otra de manera eficiente. Esto es cierto independientemente de la distancia física entre los dispositivos. Algunos otros dispositivos ayudan en el transporte de datos a lo largo de la ruta, pero el conmutador es un componente crítico del diseño de la red.

Cada puerto en un conmutador de red tiene el mismo mecanismo de reenvío o filtrado. Los usuarios pueden tener varios puertos que conectan cada conmutador conectando en cascada varios conmutadores, todos los cuales pueden configurarse y operarse individualmente en el grupo.

El uso de conmutadores para descargar tráfico por razones analíticas es común. Los conmutadores en una red pueden ayudar a regular diferentes tipos de tráfico de red, como el tráfico que ingresa y sale de la red y la conexión de muchos dispositivos de red, como computadoras personales y puntos de acceso inalámbrico. Un concepto clave en este sentido es el "reenvío".

El reenvío es el proceso de enrutar el tráfico de red desde un dispositivo conectado a un puerto de un conmutador de red a otro dispositivo conectado a otro puerto del conmutador. Este proceso comienza cuando un dispositivo se conecta a un puerto y finaliza cuando otro dispositivo se conecta a un puerto de switch diferente.

Esto es útil para la seguridad de la red, ya que permite colocar un conmutador frente a un enrutador de red de área amplia (WAN) antes de que el tráfico se envíe a la LAN. También es como que el uso de conmutadores de red simplificará la detección de intrusos, el análisis de rendimiento y la configuración de cortafuegos. Antes de que los datos se envíen a un rastreador de paquetes oa un sistema de detección de intrusos, por ejemplo, la duplicación de puertos puede ayudar a realizar una copia duplicada de la información que viaja a través del conmutador. Esto ocurre antes de que la información se envíe al destino. Esto ayuda en el análisis futuro.

Los conmutadores de red dividen la red LAN en muchos dominios de colisión, cada uno con su conexión de banda ancha, lo que da como resultado una banda de frecuencia LAN aumentada. Al transferir tramas, los conmutadores de red pueden generar una señal eléctrica cuadrada inalterada.

Los conmutadores son dispositivos que funcionan en varios niveles de modelo OSI al mismo tiempo, como enlaces de datos, redes o capas de transporte. Los conmutadores multicapa son dispositivos que funcionan en muchas capas al mismo tiempo. Se requiere una conmutación efectiva para manejar el aumento del tráfico de red de video y otras aplicaciones de uso intensivo de ancho de banda, más dispositivos de usuario y más paquetes destinados a servidores y almacenamiento en la nube. Cualquier empresa pequeña o mediana puede usar la conmutación LAN para mantener las velocidades y la confiabilidad que necesitan los usuarios.

Como dispositivo de capa 2, un conmutador basará todas sus decisiones en los datos contenidos en el encabezado L2. Dependiendo de las fuentes y destinos de la dirección MAC, los conmutadores determinarán la ruta de reenvío. Establecer una base de datos de direcciones MAC que haga coincidir cada uno de los puertos del conmutador con las ubicaciones MAC de los dispositivos conectados es uno de los trabajos del conmutador.

La base de datos de direcciones MAC está vacía desde el principio, y cuando un conmutador recibe datos, verifica el campo de dirección MAC de origen de la trama entrante. Llena la base de datos de direcciones MAC con las direcciones MAC de origen y el puerto del conmutador que recopila el paquete. Eventualmente, el conmutador tendrá una tabla de direcciones MAC totalmente poblada, ya que cada dispositivo conectado ofrece algo. Luego, se puede utilizar esta tabla para hacer avanzar los marcos a su ubicación deseada de manera inteligente.

Finalmente, analicemos el caso de uso de filtrado de los conmutadores de red. Esta función especifica que un conmutador nunca reenviaría una trama desde el mismo puerto en el que se recibió. Se puede usar el filtro de direcciones MAC para evitar que se conecten nodos específicos. Puede lograr esto filtrando las direcciones de Ethernet de la capa MAC de origen y destino en el puerto de origen (entrante) de un conmutador.

Según sus necesidades de control de acceso a la red, la dirección MAC de filtrado puede ser unidifusión, multidifusión o difusión. Cuando un conmutador necesita inundar una trama, la trama se copia y se envía a todos los puertos del conmutador, excepto al que la recibió. Un host rara vez envía una trama con el destino como su propia dirección MAC. Esto se debe con frecuencia a que un host tiene una situación incorrecta o es malicioso. Cuando esto ocurre, el conmutador simplemente descarta la trama en cualquier caso.

Ver más: ¿Cómo funciona una red perimetral y qué le depara el futuro? Theresa Lanowitz de AT&T responde

La demanda global de conmutadores de red aumenta constantemente para respaldar una era de conectividad remota y el auge de IoT. Los rastreadores mundiales de IDC descubrieron que el mercado global de conmutadores aumentó un 7,5 % en el tercer trimestre de 2021. Esto también se debe al aumento en la adopción de la computación en la nube, ya que los conmutadores de red ayudan a orquestar, mantener y estabilizar la distribución de recursos en la nube a gran escala. entornos informáticos. En los próximos años, esta demanda crecerá aún más, por lo que es fundamental conocer el funcionamiento de los conmutadores de red.

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Escritor técnico