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.
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:
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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