conmutador de red

Un conmutador de red (también llamado concentrador de conmutación , concentrador de puenteo , 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) al incorporar adicionalmente funcionalidad de enrutamiento . Estos 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 (DEC). El primer producto de puente de dos puertos (LANBridge 100) fue presentado por esa compañía poco después. Posteriormente, la compañía produjo conmutadores multipuerto tanto para Ethernet como para FDDI . DEC decidió licenciar su patente de puente MAC de forma gratuita y no discriminatoria, lo que permitió la estandarización IEEE. Esto permitió que varias otras compañías produjeran conmutadores multipuerto, incluyendo Kalpana . ^{[ 7 ]} Ethernet fue inicialmente un medio de acceso compartido , pero la introducción del puente MAC comenzó su transformación en su forma punto a punto más común sin un dominio de colisión . También existen conmutadores para otros tipos de redes, incluyendo Fibre Channel , Modo de Transferencia Asíncrona 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 reenvía los datos al puerto conectado al dispositivo al que están dirigidos. ^{[ 8 ]}

Switch Gigabit Ethernet de montaje en rack Cisco SG300-28 de 28 puertos para pequeñas empresas y sus componentes internos.

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

Un conmutador es más inteligente que un concentrador Ethernet , que simplemente retransmite los paquetes por todos los puertos del concentrador excepto por el puerto por el que se recibió el paquete, sin poder distinguir entre diferentes destinatarios, y logra una eficiencia de red general inferior.

Un conmutador Ethernet opera en la capa de enlace de datos (capa  2) del modelo OSI para crear un dominio de colisión separado 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 las difusiones siguen siendo reenviadas a todos los dispositivos conectados por el conmutador, el segmento de red recién formado continúa siendo un dominio de difusión . Los conmutadores también pueden operar en capas superiores del modelo OSI, incluyendo 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 (microsegmentación), cada dispositivo se conecta directamente a un puerto del conmutador dedicado. A diferencia de un concentrador Ethernet, cada puerto del conmutador tiene un dominio de colisión independiente. Esto permite que los ordenadores dispongan de ancho de banda dedicado en conexiones punto a punto a la red y que funcionen en modo dúplex completo. El modo dúplex completo cuenta con un único transmisor y un único receptor por dominio de colisión, lo que imposibilita las colisiones.

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 varios conmutadores gestionados interconectados. Las aplicaciones para pequeñas oficinas o oficinas domésticas (SOHO) suelen utilizar un único conmutador o un dispositivo multiuso, como una puerta de enlace residencial, para acceder a servicios de banda ancha como DSL o internet por cable . En la mayoría de estos casos, el dispositivo del usuario final incluye un enrutador y componentes que se conectan a la tecnología de banda ancha física específica.

Muchos conmutadores tienen módulos enchufables, como los módulos SFP ( Small Form-factor Pluggable ). Estos módulos suelen contener un transceptor que conecta el conmutador a un medio físico, como un cable de fibra óptica. ^{[ 10 ] [ 11 ]} Alternativamente, se pueden usar cables DAC (Direct Attach Copper) en lugar de módulos. ^{[ 12 ]} Estos módulos fueron precedidos por las unidades de conexión media (Medium Attachment Units) conectadas a conmutadores mediante interfaces de unidad de conexión (Attachment Unit Interfaces) ^{[ 13 ] [ 14 ]} y han evolucionado con el tiempo: los primeros módulos fueron convertidores de interfaz Gigabit , seguidos de módulos XENPAK , módulos SFP, transceptores XFP , módulos SFP+, QSFP, ^{[ 15 ]} QSFP-DD, ^{[ 16 ]} y módulos OSFP ^{[ 17 ]} . Los módulos enchufables también se utilizan para transmitir vídeo en aplicaciones de radiodifusión. ^{[ 18 ] [ 19 ]} Con la llegada de velocidades más altas junto con la óptica encapsulada (CPO), que acerca los transceptores al chip de conmutación del conmutador, reduciendo el consumo de energía, los módulos enchufables se convierten en fuentes de luz láser reemplazables, y la fibra óptica se conecta directamente al frente del conmutador en lugar de a través de módulos enchufables. La CPO también es considerablemente más fácil de adaptar a la refrigeración por agua. ^{[ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]}

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 jerárquica y arquitecturas de red similares, los conmutadores también se utilizan en niveles más profundos 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 diferentes tipos de redes, como Ethernet, Fibre Channel , RapidIO , ATM , ITU-T G.hn y 802.11 . Esta conectividad puede realizarse en cualquiera de las capas mencionadas. Si bien la funcionalidad de la capa 2 es suficiente para la transferencia de ancho de banda dentro de una misma tecnología, la interconexión de tecnologías como Ethernet y Token Ring se realiza más fácilmente en la capa 3 o mediante enrutamiento. ^{[ 24 ]} Los dispositivos que se interconectan en la capa  3 se denominan tradicionalmente enrutadores . ^{[ 25 ]}

Cuando se requiere un análisis exhaustivo del rendimiento y la seguridad de la red, se pueden conectar conmutadores entre enrutadores WAN para alojar módulos analíticos. Algunos proveedores ofrecen módulos de firewall , ^{[ 26 ] [ 27 ]} detección de intrusiones en la red ^{[ 28 ]} y análisis de rendimiento que se pueden conectar a los puertos del conmutador. Algunas de estas funciones pueden estar integradas en módulos combinados. ^{[ 29 ]}

Mediante la duplicación de puertos , un conmutador puede crear una imagen espejo de los datos que se pueden enviar a un dispositivo externo, como sistemas de detección de intrusiones y analizadores de paquetes .

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

En 1989 y 1990, Kalpana presentó el primer conmutador Ethernet multipuerto , su EtherSwitch de siete puertos. ^{[ 7 ]}

Los conmutadores comerciales modernos utilizan principalmente interfaces Ethernet. La función principal de un conmutador Ethernet es proporcionar múltiples puertos de interconexión de capa 2. La funcionalidad de capa 1 es necesaria en todos los conmutadores para dar soporte a las capas superiores. Muchos conmutadores también realizan operaciones en otras capas. Un dispositivo capaz de realizar más que solo interconexión 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 direcciones MAC a puertos. Esta tabla suele implementarse mediante memoria direccionable por contenido (CAM) de alta velocidad; algunos fabricantes la denominan simplemente 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 almacenamiento, donde las interfaces de entrada y salida tienen el mismo ancho de banda, esto no siempre ocurre en las aplicaciones LAN generales. En las LAN, un conmutador utilizado para el acceso de los usuarios finales suele concentrar el ancho de banda más bajo y los enlaces ascendentes en un ancho de banda más alto.

La cabecera Ethernet al inicio 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 aún reciben 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 única ruta activa entre dos puntos. El puenteo de ruta más corta y TRILL (Interconexión Transparente de Muchos Enlaces) son alternativas de capa 2 a STP, que permiten que todas las rutas estén activas con múltiples rutas de igual coste. ^{[ 30 ] [ 31 ]}

Resulta difícil monitorizar el tráfico que se transmite mediante un conmutador, ya que solo los puertos de envío y recepción pueden ver dicho tráfico.

Entre los métodos diseñados específicamente para permitir que un analista de red supervise el tráfico se incluyen:

• Duplicación de puertos : Dado que el propósito de un conmutador es no 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 analizar el tráfico que de otro modo no sería visible a través del conmutador. 
• La monitorización de conmutadores (SMON) se describe en el RFC 2613 y es una disposición para controlar funciones como la duplicación de puertos. ^{[ 34 ]}
• RMON ^{[ 35 ]}
• sFlow

Estas funciones de monitorización rara vez están presentes en los conmutadores de consumo. Otros métodos de monitorización incluyen conectar un concentrador de capa 1 o un dispositivo de derivación de red entre el dispositivo monitorizado y su puerto de conmutador. ^{[ 36 ]}

• Comprar un conmutador Ethernet de red en Wayback Machine (archivado el 4 de agosto de 2020)