Dispositivos específicos de red local: Conmutadores (Parte 1)

Un conmutador o switch es un aparato que facilita la comunicación en una red de área local.

Es un dispositivo de capa 2 (enlace de datos) capaz de tomar decisiones que hace que la red sea mucho más eficiente.

Los conmutadores realizan esta tarea conmutando los datos hacia el puerto donde está conectado el ordenador de destino del paquete.

Funcionamiento

Aunque en la creación de redes empresariales se utilizan tanto routers como switches, el diseño de red de la mayoría de las empresas se basa en gran parte en los switches. Los switches representan menor coste por puerto que los routers, y proporcionan envío rápido de tramas al máximo de velocidad de cable admitido.

El switch es un dispositivo muy adaptable de Capa 2. En su función más simple, reemplaza al hub como punto central de conexión de varios hosts. En una función más compleja, el switch se conecta a uno o más switches para crear, administrar y mantener enlaces redundantes y la conectividad de la red VLAN. Procesa todos los tipos de tráfico de la misma forma, sin importar su uso.

Envía tráfico basándose en las direcciones MAC. Cada switch mantiene una tabla de direcciones MAC en la memoria de alta velocidad, llamada memoria de contenido direccionable (CAM, Content Addressable Memory). El switch recrea esta tabla cada vez que se lo activa, utilizando a la vez las direcciones MAC de origen de las tramas entrantes y el número de puerto a través del cual ésta ingresó al switch. El switch elimina las entradas de la tabla de direcciones MAC que no se utilizan dentro de determinado período de tiempo. El nombre dado a este período de tiempo es temporizador de actualización; la eliminación de una entrada se llama descarte por antigüedad.

Cuando una trama unicast ingresa a un puerto, el switch encuentra su dirección MAC de origen en la trama. Luego busca en la tabla MAC una entrada que coincida con la dirección. Si la dirección MAC de origen no se encuentra en la tabla, el switch agrega una entrada que consta de la dirección MAC y el número de puerto, e inicia el temporizador de actualización. Si la dirección MAC de origen ya existe, el switch restablece el temporizador de actualización. A continuación, el switch busca en la tabla la dirección MAC de destino. Si ya existe una entrada, el switch reenvía la trama al número de puerto correspondiente. Si la entrada no existe, el switch satura todos los puertos activos con la trama, con la excepción del puerto por el cual se la recibió.

Si un switch recibe una trama de broadcast, inunda todas las interfaces activas con ésta, como sucede con una dirección MAC de destino desconocida. Todos los dispositivos que reciben este broadcast forman el dominio de broadcast. Cuantos más switches se conecten, más se incrementa el tamaño del dominio de broadcast. Los dominios de colisiones presentan un problema similar. Cuantos más dispositivos participen en un dominio de colisión, más colisiones se producen.

Los hubs generan dominios de colisiones de gran tamaño. Los switches, por el contrario, utilizan una función llamada microsegmentación para reducir la extensión de los dominios de colisiones a un solo puerto del switch.

Cuando un host se conecta a un puerto del switch, el switch crea una conexión dedicada. Cuando dos hosts conectados se comunican entre sí, el switch analiza la tabla de conmutación y establece una conexión virtual, o microsegmento, entre los puertos. El switch mantiene el circuito virtual hasta el final de la sesión. Al mismo tiempo hay varios circuitos virtuales activos. La microsegmentación mejora la utilización del ancho de banda al reducir las colisiones y permitir varias conexiones simultáneas.

Los switches son compatibles con la conmutación simétrica o asimétrica. Los switches cuyos puertos tienen la misma velocidad se denominan simétricos. Muchos switches, sin embargo, tienen dos o más puertos de alta velocidad. Estos puertos de alta velocidad, o puertos uplink, se conectan a las áreas que presentan mayor demanda de ancho de banda. Por lo general, estas áreas incluyen:

• Conexiones a otros switches

• Enlaces a servidores o granjas de servidores

• Conexiones a otras redes

Las conexiones entre puertos de diferentes velocidades utilizan la conmutación asimétrica. Si es necesario, el switch almacena información en la memoria para proporcionar un buffer entre puertos de diferentes velocidades. Los switches asimétricos son comunes en entornos empresariales.

Se parece a un brigde en cuanto a su funcionamiento, no obstante, tiene algunas características que lo distinguen:

• El switch es siempre local .

• La velocidad de operación es mayor que la de un puente .

• En un switch se puede repartir el ancho de banda de una manera apropiada en cada segmento o en cada nodo, de modo transparente a los usuarios. Esto proporciona facilidades en la construcción de redes virtuales.

• Gran parte de los modelos comerciales de conmutadores son apilables, y por tanto, fácilmente escalables, lo que les da una flexibilidad semejante a los repetidores pero con la funcionalidad de los puentes en cuanto a la gestión del tráfico de la red.

• Pueden interconectar o filtrar la información entre más de dos redes.

Aunque el aspecto externo de un hub coincide con el de un switch hay diferencias sustanciales entre ellos. La más significativa es que mientras que en el hub el ancho de banda es compartido por todos los puertos mediante multiplexación en el tiempo (sólo una estación puede transmitir de un puerto a otro en un instante de tiempo determinado), en el switch el ancho de banda está por encima del ancho de banda de cada uno de los puertos.

Los conmutadores son gestionables por los protocolos de red SNMP y RMON.

Las tecnologías de conmutación han ido avanzando de tal modo que en la actualidad se comercializan también conmutadores de nivel 3 o superior. Un conmutador de nivel 3 incorpora funciones de encaminamiento, pero con la velocidad de la conmutación.