Comprensión de las diferencias entre los conmutadores de capa 2 y capa 3: una guía completa

Las redes modernas son cada vez más complejas, por lo que seleccionar el equipo de red adecuado se ha vuelto crucial. Una de las decisiones más importantes que deben tomar los ingenieros de redes es si implementar switches de Capa 2 o Capa 3. Cada tipo de switch tiene sus ventajas, capacidades técnicas y aplicaciones adaptadas a entornos de red específicos. La guía que está leyendo explica estas distinciones para que pueda tomar decisiones informadas según sus necesidades de red. Este artículo busca aclarar qué tipo de switch es el más adecuado para las distintas configuraciones. Comprender las diferencias entre los switches de Capa 2 y Capa 3 es fundamental para optimizar la red de una pequeña empresa o una infraestructura empresarial extensa. Estas diferencias garantizan la eficiencia, la escalabilidad y el rendimiento de la red.

¿Qué es Interruptor de capa 2 ¿Y, cómo funciona?

Un conmutador de capa 2 funciona a nivel de enlace de datos del modelo OSI y se encarga del reenvío de datos dentro de una red de área local (LAN). Los conmutadores de capa 2 utilizan direcciones MAC (Control de Acceso al Medio) para identificar el destino de los paquetes de datos y garantizar su reenvío al dispositivo correcto. Los conmutadores de capa 2 construyen una dirección MAC y una tabla de asociación de puertos que les permite controlar el tráfico sin tener que distribuir información a todos los dispositivos conectados. Este método reduce la carga de la red y mejora su rendimiento general. Los conmutadores de capa 2 son ideales para la comunicación entre dispositivos ubicados dentro del mismo segmento de red, convirtiéndose así en los componentes básicos de las redes de área local.

Como un Interruptor de capa 2 Opera en un Nuestra Red

Un conmutador de capa 2 funciona utilizando la dirección MAC de los dispositivos para enrutar datos dentro de una red de área local. Registra las tramas entrantes, guarda la dirección MAC de origen de las tramas entrantes en su tabla de direcciones MAC y asocia esta dirección MAC de origen con el puerto correspondiente. Al reenviar los datos, el conmutador verifica el puerto apropiado para la dirección MAC de destino, lo que le permite enviar los datos directamente al destinatario sin tráfico innecesario. Este proceso reduce el flujo de datos no deseado y garantiza una comunicación eficaz entre dos o más dispositivos dentro de un segmento de red de área local.

El rol de MAC Address en un parche de Interruptor de capa 2

La parte del conmutador de capa 2 que funciona como un controlador de interfaz de red (NIC) durante la conmutación de tramas de datos y red de comunicacion Las direcciones MAC están estrechamente ligadas a la dirección MAC y se integran en la capa de enlace de datos del diagrama OSI. Cada dirección MAC sirve como identificador para un dispositivo de red y para cada tarjeta de interfaz. En el conmutador de capa 2, la dirección MAC sentó las bases para la formación de la tabla de direcciones MAC. Esta tabla actúa como un motor de búsqueda dinámico que permite obtener múltiples direcciones MAC. Un conmutador recibe una trama de datos; cuando recibe un datagrama, la tabla se utiliza para rastrear las direcciones MAC a los puertos y optimizar el enrutamiento dentro de la red de área local. Los conmutadores modernos de capa 2 con direcciones MAC pueden admitir miles de direcciones MAC, lo que aumenta la flexibilidad y la escalabilidad. Por ejemplo, algunos conmutadores empresariales con una gran cantidad de dispositivos extienden más de 3200 direcciones MAC aproximadamente. Además, los conmutadores pueden implementar o prever un tiempo de envejecimiento, durante el cual las direcciones MAC de la tabla que no se utilizan durante un tiempo se borran, eliminando así el riesgo de desbordamiento de memoria y el problema de la eficiencia de la memoria.

La segmentación de VLAN (Red de Área Local Virtual) es otra actividad asociada con las direcciones MAC. El filtrado basado en MAC y el etiquetado de VLAN permiten que los switches de Capa 2 controlen el flujo de tráfico en segmentos de red virtualizados, lo que mejora la seguridad y el rendimiento. Estas funciones demuestran cómo las características de las direcciones MAC van más allá del simple reenvío de datos, participando activamente en la gestión del tráfico y la comunicación en un sistema de red altamente complejo.

Los conmutadores de capa 2 emplean tecnología de direccionamiento MAC para reforzar el acceso a la red, reducir el volumen de transmisión y agilizar el flujo de información, lo que confiere a los conmutadores un papel vital que desempeñar en los sistemas de redes contemporáneos.

Ventajas y limitaciones de Conmutadores de capa 2

Beneficios de los conmutadores de capa 2

Eficiencia de red mejorada

Los conmutadores de capa 2 utilizan conmutación a nivel de hardware mediante esquemas de direcciones MAC, empleando técnicas eficientes para el reenvío de paquetes de datos, a diferencia de las técnicas de enrutamiento basadas en software. Esto reduce el retardo de la red y mejora su rendimiento en entornos locales optimizados. 

Tráfico de red minimizado

Los conmutadores de capa 2 crean varios dominios de colisión, lo que refuerza una segmentación de red eficiente que ayuda a la comunicación con dispositivos en el mismo dominio de transmisión para intercambiar tráfico con mayor libertad, reduciendo así la congestión.

Valor del dinero

Los conmutadores de capa 2 son más económicos que los conmutadores o enrutadores de capa 3. Esto los hace ideales para pequeñas y medianas empresas que buscan dispositivos de red eficaces y económicos.

Reducción de la complejidad de instalación y configuración

Normalmente, solo se necesitan configuraciones básicas para que los conmutadores de capa 2 funcionen, lo que hace que sea más fácil para los administradores de red instalar dispositivos en comparación con otros de capa superior.

Capacidades de soporte de VLAN

La compatibilidad con redes de área local virtuales (VLAN) es común entre los conmutadores de capa 2. Esto ayuda a segmentar la red y facilita una mejor gestión de las agrupaciones lógicas en una infraestructura de red física, lo que facilita su mantenimiento. 

Mayor escalabilidad para redes LAN

Los conmutadores de capa 2 permiten a los departamentos de TI incrementar sus redes de área local sin necesidad de una reconfiguración importante, lo que permite que las organizaciones se sincronicen con el crecimiento del negocio.

Desafíos de los conmutadores de capa 2

Soporte restringido para comunicación entre VLAN

Los conmutadores de capa 2 están confinados a actividades de enlace de datos y no pueden completar el enrutamiento entre VLAN, por lo que se necesita un enrutador o un conmutador de capa 3 para la comunicación VLAN.

Aumento del tráfico de transmisión

Dentro de su dominio de difusión, los conmutadores de capa 2 transfieren tráfico bidireccional. Esta actividad consume ancho de banda y reduce el rendimiento en redes más grandes con muchos dispositivos, lo que genera mayor sobrecarga.

El uso de conmutadores como puntos de interconexión en una red plantea un problema de seguridad importante debido a debilidades como la vulnerabilidad a ataques externos si la dirección MAC de capa 2 no está protegida.

Los conmutadores de capa 2 permanecen en un único dominio de difusión, lo que los hace propensos a ataques externos como suplantación de ARP e inundación de MAC, comprometiendo así la integridad y la seguridad de la red.

Ausencia de opciones de enrutamiento sofisticadas

Los dispositivos de capa 3, a diferencia de los switches de capa 2, admiten protocolos de enrutamiento dinámico (como OSPF y BGP), esenciales para topologías de red complejas. Por lo tanto, un switch de capa 2 no gestiona las opciones de redireccionamiento avanzado.

No aplicable para redes de área amplia

Para facilitar redes pequeñas y medianas, operar en la capa 2 es una opción útil. Sin embargo, debido a las limitaciones en la comunicación o el enrutamiento entre redes, se requieren dispositivos avanzados para redes de gran escala, lo que hace que estos conmutadores no sean adecuados.

Considerar estos pros y contras permite a los diseñadores de redes ubicar estratégicamente conmutadores de capa 2 en su infraestructura y, al mismo tiempo, satisfacer las necesidades de rendimiento, escalabilidad y seguridad.

¿Cómo funciona un Interruptor de capa 3 Diferir de un Interruptor de capa 2?

Entender Enrutamiento de capa 3 Capacidades

La distinción fundamental entre un switch de Capa 3 y un switch de Capa 2 reside en la capacidad del switch de Capa 3 para realizar funciones de enrutamiento. Los switches de Capa 2 funcionan únicamente dentro de una red, reenviando datos a las direcciones MAC relevantes desde el dominio correspondiente, mientras que los switches de Capa 3 pueden enrutar el tráfico entre diferentes redes mediante direcciones IP. Esta capacidad de enrutamiento facilita la toma de decisiones, especialmente en la segmentación y la eficiencia de la red. Un switch de Capa 3 es un dispositivo que realiza tanto la función de conmutación de un dispositivo de Capa 2 como la de enrutamiento de un router convencional, lo que lo hace más versátil que un router estándar. Estas características permiten que el switch de Capa 3 destaque en entornos empresariales que requieren comunicaciones intensas dentro y entre redes.

Comparando Capa 2 vs Capa 3 in Nuestra Red Rendimiento

En relación con el rendimiento de red en las capas 2 y 3, es fundamental comprender sus funciones y aplicaciones específicas. Por ejemplo, los conmutadores estándar, dispositivos de capa 2, residen en la capa de enlace de datos y funcionan reenviando tramas mediante direcciones MAC dentro de una red de área local o una VLAN. Estos dispositivos se caracterizan por su rapidez y baja latencia, ya que participan en actividades intrarred, como las telecomunicaciones dentro de una subred, lo que mejora el procesamiento de la dirección de destino. Sin embargo, la capa 2 presenta una deficiencia considerable en la gestión del tráfico en diferentes redes o subredes, ya que carece de funciones de enrutamiento.

Sin embargo, los dispositivos de Capa 3, como enrutadores y conmutadores de Capa 3, operan en la capa de red y emplean un esquema de direccionamiento IP con reenvío de paquetes. Los conmutadores de Capa 3 son más rápidos y eficientes porque integran la velocidad del hardware de la conmutación de Capa 2 con el enrutamiento IP. Haciéndoles capaces de proporcionar interconexión en red Comunicación. Esto permite la creación de segmentos de red, la implementación de enrutamiento dinámico, la priorización del tráfico y un mayor rendimiento general para empresas con entornos avanzados de múltiples subredes que requieren gestión.

En cuanto a tormentas de difusión o una gestión de tráfico deficiente en implementaciones a gran escala, las redes de Capa 2 pueden presentar un rendimiento deficiente. Por otro lado, el uso de subredes proporciona una segmentación lógica que facilita el aislamiento del tráfico para los dispositivos de Capa 3. Se ha demostrado que la implementación de conmutadores de Capa 3 reduce la congestión de la red en entornos a gran escala hasta en un 30 % gracias a una mejor entrega de paquetes y gestión del tráfico.

Si bien la latencia y el rendimiento son indicadores cruciales de rendimiento, también difieren según el nivel. En general, las soluciones de Capa 2 son más eficientes en el dominio de transmisión singular, con una latencia de microsegundos. Sin embargo, a medida que la red se expande y requiere enrutamiento, los dispositivos de Capa 3 pueden interconectar subredes con mucha mayor eficiencia que sus homólogos. Lo hacen con una latencia añadida mínima. La cantidad de latencia añadida suele medirse en milisegundos y se calcula en función de las especificaciones del hardware y la velocidad de reenvío.

La fiabilidad de los dispositivos de Capa 3 y Capa 2 depende de los requisitos específicos de la red. Para la comunicación local básica, las soluciones de Capa 2 son prácticas y más rápidas de implementar. Para interconexiones más complejas, grandes o dinámicas, la Capa 3 permite mayor escalabilidad y control, además de un mejor rendimiento.

Cuándo usar un Interruptor de capa 3 en tus Nuestra Red

Cuando se requiere transferencia de datos de alta velocidad y enrutamiento avanzado a nivel de red, un conmutador de capa 3 será más eficaz. Este tipo de dispositivo de conmutación proporciona las funciones de los dispositivos de capa 2 (capa de enlace de datos) y capa 3 (capa de red). Por lo tanto, permite gestionar redes complejas con baja latencia. Son ideales para redes empresariales, centros de datos con alto tráfico y situaciones que requieren una transferencia fluida de información entre VLAN (redes de área local virtuales).

Las grandes empresas o campus que utilizan diferentes subredes pueden beneficiarse enormemente de los conmutadores de Capa 3, ya que permiten el control del tráfico a nivel de hardware mediante el enrutamiento entre VLAN, lo que resuelve los cuellos de botella que suelen causar el flujo excesivo de datos. Además, la eliminación de los enrutadores dedicados mejora el rendimiento general. Diversos informes demuestran que la conmutación de Capa 3 puede alcanzar velocidades de transferencia de 1 a 100 Gbps, según las capacidades del dispositivo, lo cual resulta ideal para aplicaciones que requieren un uso intensivo del ancho de banda, como VoIP y streaming de vídeo, así como para grandes transferencias de datos.

Igualmente importante, los switches de Capa 3 suelen contar con capacidades adicionales como Calidad de Servicio (QoS), Listas de Control de Acceso (ACL) y modelado de tráfico, que protegen, priorizan y controlan con precisión los flujos de datos a través de la red. Estas medidas son esenciales para empresas con requisitos de confiabilidad de red más exigentes y estrictos, como organizaciones financieras o centros de salud especializados que gestionan datos altamente sensibles y vitales.

La relación costo-beneficio es un factor importante a considerar, ya que los conmutadores de Capa 3 modernos ofrecen opciones de implementación escalables en paquetes con precios razonables que incluyen funcionalidades mejoradas. Si bien el costo inicial es mayor que el de un conmutador de Capa 2 típico, la eficiencia operativa, la menor latencia y la menor cantidad de hardware suelen compensar el gasto a largo plazo.

En conclusión, las áreas que requieren redes densas y flexibles, complementadas con procesamiento y enrutamiento de datos de alta velocidad, deberían integrar un conmutador de Capa 3 en su infraestructura. El rendimiento, la seguridad y la facilidad de gestión de la red que ofrecen estos conmutadores sin duda definen el elemento central de las arquitecturas de red modernas.

Cómo Configurar un conmutador de capa 2 para un rendimiento óptimo

Pasos esenciales para Configurar capa Configuraciones 2

Configuración inicial del conmutador

Para comenzar, conéctese al switch mediante su IP de administración. Esto puede hacerse mediante acceso de consola o SSH, según la marca del dispositivo. Como se mencionó, es importante configurar correctamente la dirección IP estática y la máscara de subred de la interfaz de administración del switch. Para la administración remota, se recomienda configurar la VLAN de administración en la VLAN 1 192.168.1.2/24. 

Crear y asignar VLAN

Las VLAN se utilizan para segmentar y separar el tráfico en la capa 2. Inicie sesión en la interfaz de línea de comandos (CLI), cree las VLAN según sea necesario y asígneles puertos. Para casos hipotéticos, puede crear la VLAN 10 "Contabilidad" para los puertos 1-10, mientras que la VLAN 20 "Ventas" ocupará los puertos 11-20. Esta segmentación mejora la seguridad y optimiza el tráfico.

Habilitar el protocolo de árbol de expansión (STP)

Habilitar STP elimina los bucles en la red. Considerando la gama de switches, la mayoría incluye el protocolo RSTP (RIspr-SPanning Tree Protocol) habilitado de fábrica. Asegúrese de verificar su estado y establecer la prioridad deseada para el puente raíz. En el caso de switches importantes, es recomendable establecer valores de prioridad más bajos para la selección del puente raíz. Esto ayudará a reducir el tiempo de inactividad y a garantizar la redundancia.

Configurar la seguridad del puerto  

Aplique seguridad de puertos para controlar el acceso a la red y mejorar la disciplina de red. Establezca el límite de direcciones MAC por puerto y defina las direcciones permitidas. Por ejemplo, configure el puerto 5 para que solo permita una dirección MAC específica, restringiendo así el acceso a dispositivos potencialmente invasivos.  

Modificar parámetros de calidad de servicio (QoS)  

Active y configure la QoS para priorizar el tráfico crítico de red, como voz y video, en comparación con los paquetes de datos regulares. Utilice valores de punto de código de servicios diferenciados (DSCP) para priorizar los protocolos en tiempo real. Esto garantiza la fiabilidad de las operaciones en proyectos sensibles a los problemas.  

Confirmar y conservar la configuración  

Confirme todas las configuraciones ejecutando los comandos `show vlan`, `show spanning-tree` y `show running-config`, y valide con precisión. Si todo está configurado correctamente, deberá guardar los cambios para garantizar que se conserven todas las configuraciones después de apagar el dispositivo. Esto normalmente se hace con el comando `write memory` o `copy running-config startup-config`.  

El objetivo es optimizar la gestión de un conmutador de Capa 2, optimizar su rendimiento y mejorar la fiabilidad, la escalabilidad, la segmentación y la seguridad de la red basada en conmutadores, preparándola para futuras demandas. Integrar las revisiones de configuración y la evaluación del rendimiento en las operaciones diarias de gestión debería convertirse en una práctica habitual.

Utilizando VLAN y Puerto Características de gestión

Las VLAN (Redes de Área Local Virtuales) y las funciones relacionadas con la gestión de puertos son algunas de las herramientas que permiten mejorar la optimización, la eficiencia y la seguridad de la red. Los administradores de red pueden segmentar el tráfico de forma lógica para reducir el tráfico de difusión mediante VLAN. Ahora es posible aislar datos sensibles y críticos, lo que reduce el riesgo de una posible vulneración y mejora el rendimiento general. La gestión de puertos mejora el control mediante el cual se realizan acciones específicas en cada puerto del switch. La configuración de seguridad de los puertos, la velocidad y el modo dúplex son solo algunos de los parámetros que se pueden ajustar para lograr una mejor conectividad. Todas estas funciones, en conjunto, permiten optimizar la gestión de recursos, la flexibilidad y promueven la escalabilidad en infraestructuras de red avanzadas.

Funciones de seguridad y Control de Acceso en un parche de Switch administrado de capa 2

Las VLAN (Redes de Área Local Virtuales) y las técnicas de gestión de puertos son algunos de los métodos que pueden utilizarse para mejorar la optimización, la eficiencia y la seguridad de una red. Con las VLAN, los administradores de red pueden segmentar el tráfico de forma lógica para reducir los dominios de difusión. Ahora es posible aislar datos confidenciales, lo que reduce la probabilidad de una posible vulneración y mejora el rendimiento. La mejora del control mediante acciones específicas en cada puerto del switch se conoce como gestión de puertos. Se puede lograr una mejor conectividad ajustando parámetros como la seguridad del puerto, la velocidad y el modo dúplex. En conjunto, estas características permiten optimizar el uso de recursos, la flexibilidad y las infraestructuras avanzadas para la ampliación de la red.

Elegir lo correcto Cambie para su red: Capa 2 y Capa 3

Factores a considerar al seleccionar un Cambie para su red

Al elegir un conmutador de red, presto atención a su rendimiento y eficiencia para la planificación de la expansión. Primero, considero el alcance y la escala de la red para determinar si un conmutador de Capa 2 o de Capa 3 sería más adecuado para mis propósitos. Después, me aseguro de que el conmutador tenga la cantidad de puertos necesaria para los dispositivos actuales y algunos para futuras incorporaciones. Además, determino si la capacidad de rendimiento y ancho de banda del conmutador satisfará el crecimiento previsto del tráfico de red. Otras consideraciones importantes incluyen las funciones PoE, las políticas de seguridad y las funciones de gestión, que deben estar sincronizadas con la estrategia general de recursos de red. Un último punto es planificar gastos controlables; en este caso, me aseguro de que el conmutador seleccionado no genere costos innecesarios.

Beneficios de la Cirugía de Switch gestionado vs Switches no administrados

Los switches administrados ofrecen mayor control, flexibilidad y escalabilidad en conjunto con los no administrados. Ofrecen funciones de configuración y monitorización de la configuración de red, además de implementar políticas de seguridad y priorización del tráfico, lo que los hace ideales para redes complejas o en expansión. Por el contrario, los switches no administrados son más sencillos y económicos, lo que los hace ideales para redes estáticas de pequeña escala que no requieren funciones avanzadas. Además, carecen de las funciones básicas de los switches administrados, como la optimización del rendimiento y la mayor fiabilidad que ofrecen la gestión del tráfico y los diagnósticos detallados. Sin embargo, los switches no administrados resultan atractivos para usuarios básicos debido a sus mínimos requisitos de configuración y mantenimiento.

El rol de Conmutador de puerto Gigabit en Eficiencia de Red

Los switches Gigabit de puerto son fundamentales para mejorar el rendimiento de una red, ya que garantizan una transferencia rápida de datos, reducen la latencia y optimizan el rendimiento de la red en su conjunto. Por ello, estos switches permiten la interacción de múltiples dispositivos a velocidades de gigabit, lo que facilita operaciones que requieren un alto consumo de datos, como la transmisión de vídeo, la computación en la nube y otras transferencias de archivos de gran tamaño. Además, son ideales para infraestructuras de red en constante evolución, tanto para empresas modernas como para usuarios domésticos, optimizados para un acceso fiable y de alta velocidad.

Explorando el Diferencia entre la capa 2 y conmutadores de capa 3 en redes

Cómo Conmutación y enrutamiento Tráfico de red de impacto

Tanto la conmutación como el enrutamiento realizan funciones diferentes con complejidad variable y se interrelacionan en la gestión del tráfico de red. En cuanto a la conmutación, esta opera en la capa dos (2) del modelo OSI; la conmutación, también conocida como puentes MAC, se centra en el movimiento de paquetes de datos dentro de una red de área local y utiliza direcciones MAC para el direccionamiento. Este nivel de operación garantiza que, dentro de un segmento determinado de la red, los dispositivos puedan comunicarse entre sí y se minimicen las colisiones iniciales causadas por el intercambio de datos.

El enrutamiento, por otro lado, opera en la capa tres (3) y se encarga de la transferencia de datos de una red específica a otra mediante una dirección IP. En otras palabras, el enrutamiento permite la intercomunicación y el intercambio de información entre dispositivos en redes extensas, como la conexión global de una red de área local a internet. Todo esto se logra gracias a la especificación de rutas y redes óptimas para los datos y la información.

En esencia, la conmutación y el enrutamiento funcionan conjuntamente, ya que la conmutación gestiona la eficiencia interna de una red, mientras que el enrutamiento integra diferentes redes. Por lo tanto, ambas funciones representan requisitos diferentes, pero complementarios, dentro de la red.

La importancia de Tabla de direcciones MAC in Capa 2 Operaciones

Una tabla de direcciones MAC es fundamental en las operaciones de la Capa 2 de la red. Esta tabla la mantienen los conmutadores Ethernet, que asignan las direcciones MAC de los dispositivos conectados a puertos específicos del conmutador para que los paquetes de datos se puedan enviar al dispositivo correcto dentro de una red de área local (LAN). En resumen, cuando un conmutador recibe una trama, primero se revisa la tabla de direcciones MAC para decidir a qué puerto enviarla. De esta manera, las tramas no se envían a todos los puertos, lo que a su vez mejora la red y la hace menos congestionada.

La mayoría de los switches empresariales actuales cuentan con la capacidad de almacenar cientos o miles de direcciones MAC en sus tablas. Un ejemplo son los switches modernos, que incorporan tablas de hardware que pueden contener más de 32,000 XNUMX direcciones MAC. Esto garantiza su escalabilidad y el correcto funcionamiento de la red. La capacidad de actualizar la tabla de direcciones MAC con las direcciones de los dispositivos conectados a la red se denomina aprendizaje dinámico y es una función disponible en muchos switches modernos. Al emplearla, los switches podrán realizar un seguimiento de los dispositivos conectados a la red sin necesidad de reconfigurarlos para enviar datos a todos los puertos.

Si no se gestiona adecuadamente la tabla de direcciones MAC, el tráfico de difusión excesivo puede afectar el rendimiento de la red debido al aumento de dominios de colisión. Esto es especialmente cierto en aplicaciones en tiempo real como VoIP y streaming de vídeo. Los mecanismos de reenvío de tramas deficientes pueden introducir retrasos inaceptables que pueden degradar la experiencia general del usuario. Por lo tanto, el uso correcto de las tablas de direcciones MAC es fundamental para mantener el equilibrio del sistema, minimizar la latencia y mejorar la eficiencia operativa en la capa 2 de las redes actuales.

Entender Cambio de marcos y flujo de datos

Al igual que en cualquier red informática o grupo de tramas de conmutación, la recepción, manipulación y envío de paquetes de datos se realiza de forma automática, en un sentido más físico, a través de un dispositivo de conmutación en la capa dos del modelo OSI. Esta capa actúa como punto intermedio, dividiendo el sistema en dos partes: la capa superior, que depende menos del hardware, y la capa inferior, que depende más del hardware. En la capa dos, la trama contiene un encabezado con información sobre la unidad física de la trama que entra o sale de la capa. Otro punto clave a recordar es que cada conmutador contiene una tabla de direcciones MAC. Esta tabla decide si se permite el acceso a un espacio de direcciones o se bloquea el acceso según las decisiones de reenvío. 

El proceso comienza con la recepción de la trama en el puerto del switch. Cada trama se etiqueta con una dirección MAC, y el switch se asocia como un dispositivo intuitivo, ya que puede consultar la dirección MAC y asignarle una ranura. Si una de las ranuras tiene un puerto sin dirección disponible, el switch realiza una acción que requiere otros puertos: envía la trama a través de todas las interfaces excepto la que la origina, con la esperanza de que al menos uno de los puertos que la agregaron tenga una MAC de destino. Esta operación completa la etapa inicial de aprendizaje, donde se pueden agregar direcciones a la tabla MAC.

Las mejoras tecnológicas han incrementado considerablemente las capacidades de conmutación. Por ejemplo, los conmutadores modernos incorporan hardware basado en ASIC (Circuitos Integrados de Aplicación Específica) capaces de procesar tramas a una velocidad de millones de tramas por segundo. Estos dispositivos permiten tiempos de respuesta de microsegundos de varios dígitos y una transmisión de datos ininterrumpida en áreas donde la latencia de la comunicación debe ser mínima, por ejemplo, en transacciones financieras o transmisión de contenido HD. Además, las herramientas para monitorizar el rendimiento de la red indican que los conmutadores equipados con funciones avanzadas de almacenamiento en búfer de paquetes pueden gestionar el tráfico en ráfagas, lo que se traduce en menos pérdidas de tramas durante picos de uso.

Para las aplicaciones modernas de alto ancho de banda, la segmentación de VLAN y las técnicas de priorización de tráfico relacionadas con la Calidad de Servicio (QoS) son indispensables. Las VLAN, por un lado, ayudan a organizar y aislar el tráfico entrante, lo que ayuda a reducir el problema de la interferencia de datos no solicitados; por otro lado, la QoS permite priorizar flujos críticos como VoIP sobre los flujos de datos relativamente menos urgentes. Todos estos factores contribuyen a mejorar el diseño y la robustez de las arquitecturas de red modernas en términos de rendimiento, escalabilidad y fiabilidad.

Preguntas Frecuentes (FAQ)

P: ¿Cuál es la principal diferencia entre un enrutador y un conmutador de capa 3?

R: Los enrutadores y conmutadores de capa 3 difieren óptimamente en funcionalidad, diseño y aplicación. La función principal de un enrutador es interconectar diferentes redes y realizar acciones de enrutamiento, a diferencia de un conmutador, que está diseñado como un conmutador de alta velocidad mejorado. Además, los enrutadores suelen incluir protocolos de enrutamiento avanzados junto con capacidades WAN, mientras que los conmutadores de capa 3 comprenden el FSW de un conmutador de capa 2 con algunas capacidades de enrutamiento IP. Ambos dispositivos utilizan tablas de enrutamiento y toman decisiones de reenvío basadas en direcciones IP. Sin embargo, se sabe que los conmutadores de capa 3 son mejores en el procesamiento de paquetes en entornos LAN debido al enrutamiento basado en hardware en lugar de software.

P: ¿Cuál es la diferencia entre un conmutador Ethernet de capa 3 de Cisco y uno de capa 2?

R: Un switch Cisco Ethernet de capa 2 se centra exclusivamente en las funciones de la capa de enlace de datos. Un switch de capa 2 puede reenviar una trama dentro de un switch según la dirección MAC dentro de la trama. Un switch de capa 2 crea segmentos en la red y es capaz de gestionar VLAN dentro de un dominio de difusión. En comparación con estos, los switches Cisco de capa 3 pueden realizar todas las funciones de un switch de capa 2, además de las funciones adicionales de un router. Esto les permite tomar decisiones de reenvío basadas en direcciones IP, enrutar entre VLAN y utilizar protocolos de enrutamiento como OSPF y EIGRP. Los modelos de capa 3 de Cisco se utilizan con mayor frecuencia en las capas de núcleo y distribución empresariales porque suelen ofrecer un mejor rendimiento de QoS, funciones de seguridad y densidad de puertos.

P: ¿Cuál es la diferencia de funcionalidad entre las capas 2 y 3 para los conmutadores Ethernet?

R: Un conmutador Ethernet analiza la dirección MAC de destino de las tramas entrantes y, basándose en su tabla de direcciones MAC de capa dos, las reenvía al puerto correspondiente. Como dispositivos de capa dos, los conmutadores no pueden enrutar entre redes o VLAN sin la ayuda de un enrutador externo. Esto significa que solo funcionan en la capa de enlace de datos del modelo de Interconexión de Sistemas Abiertos (OSI). A diferencia de los conmutadores de capa dos, los de capa tres examinan la dirección IP de destino del paquete, además de realizar todas las funciones de capa dos. Esto permite a los conmutadores de capa tres enrutar entre diferentes redes o VLAN, controlar las listas de acceso según la información IP y utilizar protocolos de enrutamiento. En otras palabras, los conmutadores de capa tres combinan la funcionalidad de un conmutador y un enrutador en un único dispositivo de red.

P: ¿Qué modelo de conmutador Ethernet debo utilizar para mi red, Capa 2 o Capa 3?

R: Un conmutador Ethernet de capa 2 es más útil cuando se necesita mantener una conexión dentro de un único segmento de red con reenvío rápido de tramas, así como cuando se requieren redes sencillas y poca comunicación entre VLAN. Un conmutador básico es adecuado para oficinas pequeñas, redes perimetrales o cuando un enrutador independiente realiza las funciones de conmutación. Se selecciona un conmutador de capa 3 para habilitar el enrutamiento entre VLAN sin un dispositivo adicional, para enrutamiento de alto rendimiento dentro de una LAN, segmentación de red compleja o gestión de tráfico sofisticada. Los conmutadores de capa 3 se prefieren en el núcleo de la red, la capa de distribución o la red de campus para grandes organizaciones con altos requisitos de ancho de banda y donde el tráfico de múltiples VLAN requiere enrutamiento.

P: ¿Cuál es la diferencia en la gestión de las tablas de enrutamiento por parte de conmutadores de capa 3 y enrutadores tradicionales? 

R: Los switches de capa 3 gestionan las tablas de enrutamiento de sus redes con la misma sofisticación que los routers tradicionales, lo que incluye el seguimiento de los destinos y saltos de red. Si bien los switches de capa 3 tienen tablas de enrutamiento similares a las de los routers tradicionales, realizan las funciones de enrutamiento mediante hardware (ASIC), que, en comparación con los routers basados ​​en software, es notablemente más rápido. Admiten protocolos de enrutamiento estándar como OSPF, EIGRP y RIP, pero podrían haber suprimido capacidades de enrutamiento más complejas que los routers principales. Además, los switches de capa 3 tienen un buen rendimiento en el enrutamiento entre VLAN en la red de área local (LAN), mientras que pueden tener un rendimiento inferior en las conexiones de la red de área extensa (WAN) y las tareas de enrutamiento complejas. Sus tablas de enrutamiento están optimizadas para un funcionamiento más rápido en una red de área local que en una red de área extensa.

P: ¿Cuáles son las diferencias en el tratamiento de los paquetes de datos entre un conmutador administrado de capa 3 y un conmutador de capa 2?

Un conmutador gestionado de capa 3 puede procesar paquetes de datos con mayor profundidad que un conmutador de capa 2, ya que puede analizar los datos según la dirección de destino. Tanto los conmutadores gestionados como los no gestionados examinan los encabezados de las tramas; sin embargo, los conmutadores de capa 2 solo se limitan a examinar las direcciones MAC utilizadas como destino. A diferencia de los conmutadores de capa 2, un conmutador gestionado de capa 3 puede realizar enrutamiento, lo cual es posible gracias a la capacidad adicional de examinar con mayor profundidad el encabezado IP. Gracias a esto, el conmutador puede enrutar el tráfico entre diferentes VLAN o subredes sin la ayuda de un enrutador externo. Los conmutadores gestionados de capa 3 admiten el uso de arping, que utiliza protocolos de resolución de direcciones para vincular una dirección IP con una dirección MAC. Las políticas de QoS y el control de acceso también se pueden proporcionar en la capa 3, lo que hace que la gestión del tráfico de red a través de la capa 3 sea más flexible y compleja que con la capa 2.

P: ¿Qué propósito tiene un conmutador de capa 3 en una red que ya tiene un enrutador? 

R: Hay varias razones por las que podría necesitar un switch de capa 3 incluso con un router. En primer lugar, un switch de capa 3 suele ofrecer un mayor rendimiento de enrutamiento entre VLAN que un router tradicional, lo que elimina el estancamiento de la red. En segundo lugar, mejora la velocidad de la red o circuito al realizar el enrutamiento por hardware en lugar de por software. En tercer lugar, un switch de capa 3 mejora el diseño general de la red al combinar conmutación y enrutamiento en un solo dispositivo y reducir la necesidad de un switch de capa 2 cuando existe la opción de switch de capa 3. Además, en redes grandes con varias VLAN, la transferencia del enrutamiento intradominio a switches de capa 3 ayuda a distribuir la carga al router y evita su sobreutilización. Por último, los routers de capa 3 son conocidos por su alta capacidad de puertos conmutados, lo que permite una mayor densidad de conexión y enrutamiento simultáneamente.

P: ¿De qué manera un conmutador Ethernet gigabit de capa 3 ayuda a lograr operaciones de red más rápidas?

R: Las mejoras en el rendimiento de la red que ofrece un switch Ethernet Gigabit con capacidad de Capa 3 son múltiples. Estos switches también combinan conmutación de alta velocidad, a velocidades de gigabit o superiores, con funciones de enrutamiento, eliminando así la arcaica demora de tener que enrutar el tráfico a través de un router independiente, normalmente mucho más lento. Los switches de Capa 3 utilizan hardware (ASIC) para tomar la decisión de enrutamiento en lugar de software. Esto permite un rendimiento considerablemente mayor y una menor latencia para el tráfico enrutado. Permiten el enrutamiento directo entre VLAN a velocidad de cable, lo que beneficia el rendimiento de las comunicaciones entre VLAN. Además, estos switches también pueden implementar funciones avanzadas de gestión de tráfico, como QoS, para aplicaciones críticas. Los switches también tienen una mayor densidad de puertos en comparación con los routers tradicionales, lo que permite conectar más dispositivos a velocidades de gigabit y aprovechar la conmutación y el enrutamiento de paquetes dentro del dispositivo.

P: ¿Cuáles son los factores más importantes a tener en cuenta para determinar si un conmutador de capa 2 satisface las necesidades de red de mi organización? 

R: Si intenta determinar si un conmutador de capa 2 sería suficiente, es importante analizar la complejidad, el tamaño y la futura expansión de su red. Un conmutador de capa 2 probablemente sea adecuado si solo hay una subred o unas pocas VLAN dentro de la red; hay poco tráfico intra-VLAN; ya existe un enrutador que realiza funciones de enrutamiento; la utilización del ancho de banda entre redes es baja; y se prioriza el valor en lugar de las funciones avanzadas. Además, determine si se cumplen los requisitos básicos de QoS y seguridad, considerando que los conmutadores de capa 2 ofrecen funciones limitadas en comparación con los de capa 3. Si su organización es pequeña y tiene requisitos de conectividad sencillos que no requieren segmentación de red, los conmutadores de capa 2 serían suficientes. Si, por el contrario, prevé un mayor número de usuarios y un diseño de red más complejo, sería recomendable invertir en un conmutador de capa 3.

Fuentes de referencia

1. Un nuevo enfoque para resolver el problema del bucle de capa 2 en redes definidas por software (SDN)

• Autor principal: Esmaeil Amiri Autor secundario: R. Javidan
• Año de publicacion: 2019
• Publicación: Sistemas de Telecomunicaciones
• TOKEN DE CITACIÓN: (Amiri y Javidan, 2019, págs. 47–57)

SINOPSIS

• En este artículo, los autores proponen una nueva técnica para el problema de prevención de bucles en redes de Capa 2 de Redes Definidas por Software (SDN). Su enfoque se compara con el Protocolo de Árbol de Expansión (STP), afirmando que su método ofrece mejores resultados en cuanto al bloqueo de puertos de conmutación y al uso de la capacidad de conmutación. La metodología incluye teorías y simulaciones para demostrar la eficacia del diseño de prevención de bucles sugerido.

2. Un conmutador SDN híbrido basado en el código P4 estándar

• Autores: J. Alvarez-Horcajo et al.
• Año de publicación: 2021
• Diario: Cartas de comunicación del IEEE
• Token de cita: (J. Álvarez-Horcajo et al, 2021, págs. 1482-1485)

Resumen:

• Esta investigación propone un nuevo conmutador híbrido de Red Definida por Software (SDN) de Capa 2 que utiliza el lenguaje de Procesadores de Paquetes Programables Independientes del Protocolo (P4). El comportamiento del conmutador se especifica con P4Runtime, lo que permite obtener funciones programables en el plano de datos. Los autores afirman un rendimiento superior al de otras propuestas P4, destacando la capacidad del conmutador para autoconfigurar sus funciones de reenvío. La metodología consiste en comparaciones de rendimiento con otras implementaciones.

3. P4VBox: Implementación de virtualización en conmutadores compatibles con P4

• Autor (s): Mateus Saquetti y otros.
• Año de publicacion: 2020
• Fuente: Cartas de comunicación del IEEE
• Información de cita: (Saquetti et al., 2020, págs. 146-149)

Resumen:

• En este artículo, presentamos P4VBox, un framework que facilita la virtualización de switches P4. Los autores validan la posibilidad de ejecución en paralelo de numerosas instancias de switches virtuales, lo que facilita su uso y aumenta la eficiencia en la gestión de la red. La investigación demuestra la posibilidad de ejecutar hasta 13 switches virtuales simultáneamente, lo que mejora considerablemente el ancho de banda y reduce la latencia. El enfoque se basa en una implementación real en una placa NetFPGA-SUME.

4. Red de computadoras

5. enrutamiento

6. Interruptor de red