¿Qué es un 'switch' o conmutador de red y cómo funciona?

Las redes modernas son fundamentales para cualquier empresa. Proporcionan aplicaciones empresariales, mensajes multimedia y datos clave a los usuarios finales de todo el mundo. Un elemento fundamental que las redes tienen en común es el switch o conmutador de red, que ayuda a conectar dispositivos con el fin de compartir recursos dentro de una red de área local (LAN).

¿Qué es un conmutador de red?

Un conmutador de red es un dispositivo físico que funciona en la capa de enlace de datos (Data Link) del modelo de interconexión de sistemas abiertos (OSI) o la Capa 2. Recibe los paquetes enviados por los dispositivos conectados a sus puertos físicos y los reenvía a los dispositivos a los que están destinados los paquetes. Los conmutadores también pueden operar en la capa de red (Capa 3), donde se produce el enrutamiento.

Los conmutadores son un componente habitual de las redes basadas en ethernet, fibra, Modo de Transferencia Asíncrona (ATM) e InfiniBand, entre otras. Sin embargo, la mayoría de los conmutadores actuales utilizan ethernet.

¿Cómo funciona un conmutador de red?

Una vez que un dispositivo se conecta a un conmutador, éste anota su dirección de control de acceso al medio (MAC), un código que está incorporado en la tarjeta de interfaz de red (NIC) del dispositivo. El conmutador utiliza la dirección MAC para identificar qué paquetes salientes del dispositivo se envían y dónde entregar los paquetes entrantes.

La dirección MAC identifica el dispositivo físico y no cambia, mientras que la dirección IP de la capa de red (Capa 3), puede ser asignada dinámicamente a un dispositivo y cambiar con el tiempo. (Piensa en la dirección MAC como el número de bastidor de un coche y en la dirección IP como la matrícula).

Cuando un paquete entra en el conmutador, éste lee su cabecera, luego compara la dirección o direcciones de destino y envía el paquete a través de los puertos apropiados que conducen a los dispositivos de destino.

Para reducir la posibilidad de colisiones entre el tráfico de red que entra y sale de un conmutador y un dispositivo conectado al mismo tiempo, la mayoría de los conmutadores ofrecen una funcionalidad full-duplex en la que los paquetes que entran y salen de un dispositivo tienen acceso a todo el ancho de banda de la conexión del conmutador. (Imagínate a dos personas hablando por un smartphone en lugar de por un walkie-talkie).

Si bien es cierto que los conmutadores funcionan en la Capa 2, también pueden funcionar en la Capa 3, lo que es necesario para que admitan las LAN virtuales (VLAN), segmentos de red lógicos que pueden abarcar subredes. Para que el tráfico vaya de una subred a otra debe pasar entre conmutadores, lo que se facilita con las capacidades de enrutamiento integradas en los conmutadores.

¿Cuál es la diferencia entre un conmutador y un hub?

Un hub también puede conectar varios dispositivos entre sí con el fin de compartir recursos, y el conjunto de dispositivos conectados a un concentrador se conoce como segmento de LAN

Un hub se diferencia de un conmutador o switch en que los paquetes enviados desde uno de los dispositivos conectados se difunden a todos los dispositivos que están conectados al hub. Con un conmutador, los paquetes se dirigen sólo al puerto que conduce al dispositivo al que van dirigidos.

Los conmutadores suelen conectar segmentos de LAN, por lo que los hub se conectan a ellos. Los conmutadores filtran el tráfico destinado a los dispositivos del mismo segmento LAN. Debido a esta capacidad, los conmutadores hacen un uso más eficiente de sus propios recursos de procesamiento, así como del ancho de banda de la red.

¿Cuál es la diferencia entre un conmutador y un router?

Los conmutadores se confunden a veces con los routers, que también ofrecen el reenvío y el enrutamiento del tráfico de red, de ahí su nombre. Pero lo hacen con un propósito y una ubicación diferentes.

Los routers operan en la Capa 3 y se utilizan para conectar redes a otras redes.

Una forma sencilla de entender la diferencia entre los switches y los routers es pensar en las redes LAN y WAN. Los dispositivos se conectan localmente a través de conmutadores, y las redes se conectan a otras redes a través de routers. Este es el camino que puede seguir un paquete para llegar a Internet: dispositivo > hub > conmutador > enrutador > internet.

Por supuesto, hay casos en los que la funcionalidad de conmutación está integrada en el hardware de un router, y éste actúa también como conmutador.

Piensa en el router inalámbrico de tu casa. Se dirige a una conexión de banda ancha a través de su puerto WAN, pero suele tener también puertos ethernet adicionales que puedes utilizar para conectar un cable ethernet para un ordenador, un televisor, una impresora o incluso una consola de juegos. Aunque otros dispositivos de la red, como otros portátiles y teléfonos, se conectan a través del router Wi-Fi, éste sigue ofreciendo funciones de conmutación a través de la LAN. Así que el router, en efecto, es también un conmutador. Incluso puedes conectar un conmutador independiente al router para proporcionar acceso a internet y a la LAN a otros dispositivos.

¿Cuáles son los distintos tipos de conmutadores?

El tamaño de los conmutadores varía en función del número de dispositivos que necesites conectar en una zona concreta, así como del tipo de velocidad/ancho de banda de la red que necesites. En una pequeña oficina o en una oficina doméstica, suele bastar con un conmutador de cuatro u ocho puertos, pero para despliegues más grandes se suelen ver conmutadores de hasta 128 puertos. El factor de forma de un conmutador más pequeño es un aparato que puede caber en un escritorio, pero los conmutadores también se pueden montar en un bastidor para colocarlos en un armario de cableado, un centro de datos o una granja de servidores. Los tamaños de los conmutadores para montaje en bastidor van de 1U a 4U, pero también los hay más grandes.

Los conmutadores también varían en cuanto a la velocidad de red que ofrecen, desde Fast Ethernet (10/100 Mbps), Gigabit Ethernet (10/100/1000 Mbps), 10 Gigabit (10/100/1000/10000 Mbps) e incluso velocidades de 40/100 Gbps. La elección de las velocidades depende del rendimiento necesario para las tareas que se realizan.

Los conmutadores también difieren en sus capacidades. He aquí cuatro tipos.

1.  No gestionados

Los switches no gestionados son los más básicos y ofrecen una configuración fija. Suelen ser 'plug and play', lo que significa que tienen pocas o ninguna opción para que el usuario elija. Pueden tener configuraciones por defecto para características como la calidad de servicio, pero no pueden cambiarse. La ventaja es que los conmutadores no gestionados son relativamente baratos, pero su falta de funciones los hace inadecuados para la mayoría de los usos empresariales.

2.  Gestionados

Los switches gestionados ofrecen más funciones y características para los profesionales de TI y son el tipo que más se ve en los entornos empresariales. Los conmutadores gestionados tienen interfaces de línea de comandos (CLI) para configurarlos. Admiten agentes del protocolo simple de gestión de redes (SNMP) que proporcionan información que puede utilizarse para solucionar problemas de la red.

También admiten LAN virtuales, configuraciones de calidad de servicio y enrutamiento IP. La seguridad también es mejor, ya que protegen todos los tipos de tráfico que manejan. Debido a sus características avanzadas, los switches gestionados cuestan mucho más que los no gestionados.

3.  Conmutadores inteligentes o smart switches

Los conmutadores inteligentes o smart switches son conmutadores gestionados que tienen algunas características más allá de lo que ofrece un switch no gestionado, pero menos que uno gestionado. Aunque son más sofisticados que los conmutadores no gestionados, también son menos caros que un conmutador totalmente gestionado. Por lo general, carecen de soporte para el acceso telnet y tienen interfaces gráficas de usuario web en lugar de CLI. Otras opciones, como las VLAN, pueden no tener tantas funciones como las que admiten los conmutadores totalmente gestionados. Dado que son menos costosos, pueden ser una buena opción para las empresas más pequeñas con menos recursos financieros y/o aquellas con menos necesidades de funciones.

4.   Conmutador KVM

Un tipo específico de conmutador utilizado en centros de datos u otras áreas con grandes cantidades de servidores, el switch KVM proporciona una conexión de teclado, vídeo (monitor) y ratón a varios ordenadores, lo que permite a los usuarios controlar grupos de servidores desde una única ubicación o consola. Al añadir un extensor KVM, los conmutadores KVM pueden permitir el acceso local y remoto a las máquinas, permitiendo a una empresa centralizar el mantenimiento y la gestión de los servidores.

¿Cuáles son las características de gestión de los conmutadores de red?

La lista completa de características y funcionalidades de un conmutador de red variará en función del fabricante del conmutador y de cualquier software adicional que se proporcione, pero en general un switch permitirá a los profesionales

• Activar y desactivar puertos específicos del conmutador.
• Configurar los ajustes de dúplex (half o full), así como el ancho de banda.
• Establecer niveles de calidad de servicio (QoS) para un puerto específico.
• Activar el filtrado MAC y otras funciones de control de acceso.
• Configurar la monitorización SNMP de los dispositivos, incluyendo la salud del enlace.
• Configurar la duplicación de puertos para supervisar el tráfico de la red.

¿Cuál es el valor de los conmutadores de red?

Los conmutadores siguen siendo importantes en la empresa moderna actual, ya que sus capacidades pueden permitir una mayor conectividad inalámbrica, así como soportar los dispositivos del Internet de las Cosas (IoT) y los edificios inteligentes que ayudan a crear una operación más sostenible. El creciente uso de dispositivos IoT industriales que conectan sensores y maquinaria en las fábricas también requiere tecnologías de conmutación para conectarse a la red de la empresa.

Los conmutadores modernos incluyen generalmente la tecnología Power over Ethernet (PoE), que puede suministrar hasta 100W de potencia para soportar los dispositivos conectados a la red. Esto permite a las empresas desplegar dispositivos en zonas en las que no es necesaria una toma de corriente independiente, como cámaras de seguridad, iluminación exterior, puntos de acceso inalámbricos, teléfonos VoIP y una letanía de sensores (temperatura, humedad, etc.) que pueden vigilar zonas remotas. Los datos recogidos y transmitidos por los dispositivos IoT pueden ser recogidos por un conmutador y aplicados a algoritmos de inteligencia artificial y aprendizaje automático para ayudar a optimizar entornos más inteligentes.

¿Qué otros usos tienen los conmutadores de red?

En las redes más grandes, los conmutadores se utilizan a menudo para descargar el tráfico para su análisis. Esto puede ser importante para los profesionales de la seguridad, ya que un conmutador puede colocarse delante de un router WAN antes de que el tráfico pase a la LAN. Puede facilitar la detección de intrusiones, el análisis del rendimiento y el firewall. En muchos casos, la duplicación de puertos puede crear una imagen en espejo de los datos que fluyen a través del conmutador antes de que se envíen a un sistema de detección de intrusiones o a un rastreador de paquetes.

Los conmutadores siguen utilizándose en grandes centros de datos y entornos de nube, junto con nuevas innovaciones como las tecnologías de gemelos digitales, la consolidación de cables de red y los entornos SD-WAN.

Sin embargo, en su forma más básica, los conmutadores de red entregan rápida y eficientemente los paquetes del dispositivo A al dispositivo B, ya sea que estén ubicados al otro lado del pasillo o al otro lado del mundo. Varios otros dispositivos contribuyen a esta entrega a lo largo del camino, pero el conmutador es una parte esencial de la arquitectura de red.