Un conmutador multicapa (MLS) es un dispositivo de red de computadoras 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 cruciales para el diseño de redes , ya que permiten que el tráfico se envíe solo donde se necesita en la mayoría de los casos, utilizando 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 4 requieren tecnología avanzada (consulte conmutador administrado ) y son más caros y, por lo tanto, 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 el tráfico a la velocidad del 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 se toman mediante circuitos integrados de aplicaciones específicas (ASIC) especializados con la ayuda de una memoria direccionable por contenido . [2]
La conmutación multicapa puede tomar decisiones de enrutamiento y conmutación basadas en lo siguiente
Los MLS implementan QoS en hardware. Un conmutador multicapa puede priorizar paquetes mediante el punto de código de servicios diferenciados (DSCP) de 6 bits . Estos 6 bits se utilizaron originalmente para el tipo de servicio . Las siguientes 4 asignaciones normalmente están disponibles en un MLS: [ cita necesaria ]
Los MLS también pueden enrutar el tráfico IP entre VLAN como un enrutador común . El enrutamiento es normalmente tan rápido como el cambio (a la velocidad del 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 las 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 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 en la trama. La encapsulación del paquete cambia solo cuando el paquete de datos pasa a través de 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 redes (dividiendo dominios de colisión ). Esto permite un diseño de red más plano con más segmentos de red que las redes convencionales unidos 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 transmisión que puede causar problemas de rendimiento y limitar el tamaño de una red. La difusión y la multidifusión, junto con la lenta convergencia del árbol de expansión, pueden causar problemas importantes a medida que crece la red. Debido a estos problemas, los conmutadores de capa 2 no pueden reemplazar completamente 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 necesaria ]
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 único 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 (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 el software, mientras que el conmutador realiza únicamente conmutación de paquetes basada en hardware (mediante ASIC especializados con la ayuda de una 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 una menor latencia de la red , 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 encuentra el paquete dentro de la trama. enrutado (salto L3) y luego devuelto al conmutador (tercer salto L2). Un conmutador de capa 3 realiza la misma tarea sin la necesidad de un enrutador (y por lo tanto de 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.
Debido a que muchos conmutadores de capa 3 ofrecen la misma funcionalidad que los enrutadores convencionales, pueden usarse como reemplazos más económicos y de menor latencia en algunas redes. Los conmutadores de capa 3 pueden realizar las siguientes acciones que también pueden realizar los enrutadores:
Los beneficios de la conmutación de capa 3 incluyen los siguientes:
IEEE [ cita necesaria ] ha desarrollado terminología jerárquica que es útil para describir procesos de reenvío y conmutación. Los dispositivos de red sin la capacidad de reenviar paquetes entre subredes se denominan sistemas finales (ES, singular ES), 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 sólo dentro de su dominio de enrutamiento (IS intradominio) y aquellos que se comunican tanto dentro como entre dominios de enrutamiento (IS interdominios). Un dominio de enrutamiento generalmente se considera una parte de una red bajo una 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 capa 3 es el conocimiento de la multidifusión IP a través del espionaje IGMP . Con esta conciencia, un conmutador de capa 3 puede aumentar la eficiencia al entregar el tráfico de un grupo de multidifusión solo a los puertos donde el dispositivo conectado ha indicado que quiere escuchar ese grupo.
Los conmutadores de capa 3 normalmente admiten enrutamiento IP entre 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.
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, distinguiendo entre UDP y TCP ). La conmutación de capa 4 proporciona una inspección de datagramas adicional 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 capa superior.
Al utilizar la conmutación de capa 4, el administrador de la 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 ruta. Por ejemplo, las listas de acceso extendidas pueden filtrar paquetes según los números de puerto de capa 4. Otro ejemplo es la información contable recopilada mediante estándares abiertos utilizando sFlow .
Un conmutador de capa 4 puede utilizar información de los protocolos de la capa de transporte para tomar decisiones de reenvío. Principalmente, esto se refiere a la capacidad de utilizar números de puerto de origen y destino en comunicaciones TCP y UDP para permitir, bloquear y priorizar las comunicaciones. [4]
Algunos conmutadores pueden utilizar información de paquetes hasta la capa OSI 7; estos pueden denominarse conmutadores de capa 4 a 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 utilizando 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 sabe completamente qué servidor está manejando sus solicitudes. Algunos conmutadores de capa 4 a 7 pueden realizar traducción de direcciones de red (NAT) a velocidad de cable. Los conmutadores de contenido a menudo se pueden utilizar para realizar operaciones estándar como 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 anteriormente, los cambios de contenido definen una noción de rigidez. 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 ID de SSL y algunos cambios de contenido pueden utilizar 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 utilizar diferentes reglas para tomar decisiones sobre dónde enrutar el tráfico. Esto puede basarse en la menor carga, los tiempos de respuesta más rápidos o simplemente equilibrar las solicitudes entre múltiples destinos que brinden los mismos servicios. Este también es un método de redundancia , por lo que si una máquina no está activa, 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 basándose en 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 un caché web y participar en una red de distribución de contenido ( CDN ). [5] [ verificación fallida ]