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Qué es un Switch o conmutador LAN y para qué sirve

En el mundo de las redes es importante siempre saber diferenciar los diferentes dispositivos que nos permiten crearlas e interconectar nos nuestros equipos. Por eso hoy vamos a aprender todo acerca de qué es un Switch. Veremos también las diferencias entre este y otros equipos como routers, hub o incluso los módems. Así que, ¡empecemos!

Switch

Qué es un Switch o conmutador de red:

Comencemos por definir qué es un Switch, también llamado conmutador de red LAN. Se trata de un dispositivo que nos permitirá interconectar los distintos equipos y nodos en una red, siempre cableada y esto será importante tenerlo en cuenta. De hecho, un Switch siempre va a interconectar dispositivos en una red de área local, ya sabéis, la que conocemos por LAN.

Los Switch operan en la capa de enlace o capa 2 del modelo OSI (Open System Interconection), un modelo de referencia utilizado para los protocolos de red y su definición. La capa de enlace de datos es la que se sitúa entre la capa 1 o física (medios de transporte y señales) y la capa 3 o de red (enrutamiento y direccionamiento lógico). Esta se ocupa del direccionamiento físico de los paquetes que viajan por la red de acuerdo con la dirección MAC asociada a cada dispositivo en él conectado.

Switch paso01

Las especificaciones técnicas y de funcionamiento de los Switches están definidas en la norma IEEE 802.3 de estandarización de redes Ethernet. Son un conjunto de estándares que determinan básicamente la velocidad a la que será capaz de trabajar la conexión de red. Entre ellos son bien conocidos los estándares 802.3i (10BASET-T 10 Mbps), 802.3u (100BASE-T 100 Mbps), 802.3z/ab (1000BASE-T 1Gbps sobre fibra o par trenzado), etc.

En la actualidad estos estándares son los que siguen todos estos dispositivos, los cuales siempre utilizan una topología en estrella para conectar los nodos, siendo el equipo central el propio Switch. Mediante una serie de bocas o puertos RJ45 o SFP se conectan los nodos.

Qué puede y qué no puede hacer un Switch

Es muy importante saber cuál es el área de trabajo de un Switch ya que esto ayudará a saber cómo y dónde conectarlo y para qué está diseñado. Y por supuesto para diferenciarlos de otros dispositivos de red.

Switch paso02

Qué puede hacer:

  • Interconectar dispositivos en una red cableada
  • Conmutar y hacer llegar los paquetes desde el origen al destino mediante su tabla de direcciones MAC
  • Sirve escalado de red y como enlace al servidor de direcciones IP, que puede ser un router o un equipo central

Que no puede hacer:

  • No es capaz de darnos conectividad con otras redes, que estén fuera de su máscara de subred
  • En consecuencia, no es capaz de proporcionar conexión a Internet

Ya veremos que hay Switches que gracias a un firmware o pequeño sistema operativo son capaces de hacer incluso más cosas que exceden las funciones para las que están concebidos.

Características y elementos

Podemos encontrar Switches prácticamente de cualquier tamaño en cuanto a puertos, pero son la clave para montar complejos centros de procesamiento de datos, con equipos y armarios de cientos de puertos.

Puertos y velocidad

Switch puertos

El funcionamiento de un Switch se lleva a cabo mediante puertos de red, los cuales permiten la interconexión de los distintos nodos en la red interna. El número es lo que va a determinar la capacidad y potencia del mismo, así como su velocidad. Lo más normal será encontrarlos de entre 4 y 20 puertos, pero los hay de muchos más orientados a empresas. Puede tener:

  • RJ45: puerto propio para cables de par trenzado, los típicos cables UTP de 4 pares trenzados para LAN trabajando a 10/100/1000/10000 Mbps

Switch SC

  • SC: puerto de fibra óptica para enlaces de alta velocidad a 1/10 Gbps.

Switch SFP Switch puertos

  • Puertos SFP o GBIC: estos se denominan puertos modulares por no tener un conector en concreto, sino un hueco en donde introducir el conector con el tipo de puerto que queremos. Este puede ser un GBIC (Gigabit Interface Converter) normalmente con puertos RJ45 integrados o los SFP/SFP+ (Small Form-Factor Pluggable), un puerto más pequeño bien con RJ45 o Fibra óptica de 10 Gbps.

Switch combo

  • Puertos combo: no son un tipo de puerto como tal, sino una forma de dotar la Switch de mayor variedad de puertos. Normalmente vienen en paneles de 2 RJ45 + 2 SFP o 4 + 4, en donde bien podremos utilizar los de un tipo o los de otro, pero nunca ambos a la vez por compartir bus.

La velocidad viene definida por las diferentes versiones del estándar 802.3 que hemos visto al principio. Actualmente encontramos Switches que pueden entregar 10 Mbps, 100 Mbps, 1 Gbps y 10 Gbps.

Métodos de conmutación de un Switch

Switch paso04

Conmutador es el nombre en español de un Switch, creemos que eso está claro, este nombre hace referencia a su funcionamiento sobre el estándar Ethernet. Este se basa en la transmisión de datos en LAN a través de tramas que transportan los datos con una cabecera que permite identificar tanto emisor como receptor mediante la dirección MAC. Ojo, hablamos de dirección MAC no de dirección IP, esta trabaja en otra capa OSI. Existen dos métodos de comunicación en redes:

  • Half Dúplex: en esta conexión los datos viajan en una u otra dirección, pero nunca hacia las dos a la vez, por ejemplo, un Walkie Talkie
  • Full Dúplex: es la que utiliza los canales de envío y recepción de forma simultánea, por ejemplo, un teléfono.

Un elemento muy importante y que determina la capacidad de conmutación de un Switch son los buffers, elementos de memoria que sirven para almacenar las tramas que van a ser reenviadas al nodo que corresponda. Estos Buffers hacen la función de caché, especialmente importante para conectar dos nodos con puertos a distintas velocidades, para así disminuir el efecto cuello de botella.

Switch buffers

Existen varias técnicas de conmutación en un Switch:

(almacenamiento y reenvío)

En este primer método el conmutador almacena la trama de datos completa en el buffer al recibirla. Eso se hace para detectar posibles errores en ella y obviamente para analizar origen y destino. Tras esto, se enviará al destinatario.

Este método es el utilizado siempre en los Switches que tienen puertos de diferente velocidad, aunque debemos tener presente que siempre existirá un pequeño lag o retardo del envío al usar este método.

(reenvío directo)

En este caso la trama no se almacena en el buffer de forma completa, sino que solamente se lee su cabecera para conocer la MAC de origen y destino y luego se reenvía.

Es una técnica más rápida que la anterior, pero no proporcionar control de errores en tramas dañadas. Además, los puertos del aparato debemos trabajar todos a la misma velocidad.

 (reenvío directo adaptativo)

No es un nuevo método, sino la capacidad del conmutador de elegir entre los dos métodos anteriores. Por ejemplo, cuando el Switch detecta que están entrando demasiados paquetes errores y perdidos, cambia automáticamente a almacenamiento y reenvío, mientras que si los puertos tienen misma velocidad utilizará reenvío directo.

Trabajar con Jumbo Frames

Switch jumbo frame

Cuanto vamos a comprar un Switch es habitual que en sus especificaciones hablen sobre las tramas Jumbo si es que el equipo puede trabajar con ellas.

Ya hemos dicho que un Switch trabaja con tramas ethernet, las cuales tienen un tamaño estándar de 1500 bytes. Pero cabe la posibilidad de hacerlas más grandes, de hasta 9000 Bytes, las cuales reciben el nombre de Jumbo Frames. Éstas no entran dentro del estándar 802.3.

Estas tramas se utilizan para trabajar con grandes volúmenes de información, haciendo más eficaz rápida la transferencia de datos, aunque añade latencia a la conexión por el hecho de tener que procesar más información. Por ello las Jumbo Frames se utilizan con Switches bastante potentes.

Tipos de Switch

Tan solo nos queda ver los tipos de Switch que encontramos en el mercado, los cuales estarán orientados a determinadas tareas en función de su capacidad, puertos, y otros estándares que implementen.

Switches no gestionables y gestionables o de nivel 3 / 4

Switch firmware

Por lo general los conmutadores no han contado con capacidad de gestión al menos en los modelos más básicos. Estos trabajan sobre el estándar 802.3u, el cual indica que un Switch debe tener capacidad de autonegociación. Sin necesidad de la intervención de una persona, cliente y conmutador “deciden” como van a ser los parámetros de conmutación. Estos serían los Switches no gestionados.

Pero con el tiempo el hardware ha avanzado mucho, reduciendo el tamaño, aumentando la potencia y dotando a estos aparatos de mayor inteligencia. No es raro ver Switches con procesadores de 4 núcleos y memorias RAM de 512 MB o incluso más. Pero lo más importante en ellos, es que cuentan con un firmware que es accesible desde el navegador o algún puerto dedicado, para poder modificar sus parámetros. Estos son los Switches gestionados.

Esta capacidad es necesaria o al menos opcional para aquellos equipos que además de conmutar también ofrecen la capacidad de crear redes VPN, Port Mirroring (monitorización de puertos o Port Trunking (agregación de enlaces). Estos Switches también reciben el nombre de Switches de nivel 3 cuando son capaces de hacer funciones de enrutamiento IP, es decir, trabajar en la capa 3 del modelo OSI, por ejemplo, para crear una VPN. Si a esto le añadimos el control de puertos lógicos, entonces hablaremos de un Switch de nivel 3 / 4.

Switch PoE

Switch PoE

PoE (no confundir con PPPoE) significa Power Over Ethernet, o Alimentación por Ethernet. Es una tecnología que bien puede ser similar al USB o Thunderbolt que todos conocemos, ya que además de permitir el envío de datos cliente-Switch, también provee de alimentación eléctrica a éste. Este se realiza directamente por el cable UTP. Se basa en los estándares:

  • IEEE 802.3af: PoE con alimentación de hasta 15,4W
  • IEEE 802.3at: PoE+: aumenta la capacidad hasta 30W
  • 3bt: uPoE llega hasta los 51W o 71W

La capacidad de alimentación es de suma utilidad para conectar puntos de acceso Wi-Fi, cámaras de vigilancia IP, o teléfonos VoIP. De esta forma es como se alimentan la mayoría de cámaras de establecimientos públicos.

 Switches de escritorio, perimetrales y troncales

Switch desktop

Los conmutadores de escritorio son los más básicos de todos, que casi nunca irán gestionados ya que están orientados simplemente a expandir nuestra red doméstica sin mayores complicaciones. Ofrecen entre 4 y 8 puertos, a 100 Mbps con función tanto half-dúplex como full-dúplex. Realmente la mayoría de routers ya integran al menos 4 o 5 puertos de estas características.

Switch perimetral

El segundo grupo son los Switches perimetrales, cuentan con una mayor cantidad de puertos, que pueden llegar fácilmente a los 24 o incluso 48 puertos. Estos se utilizan para crear subredes de pequeño tamaño orientadas a salas de informática de centros educativos, laboratorios, oficinas, etc. Su conexión es de 1 Gbps habitualmente.

Switch troncal

Los Switches troncales, además de ofrecer mayor cantidad de puertos, será gestionables y ofrecerán funciones de la capa 2 y 3 de OSI para encargarse de la conmutación y del enrutamiento de paquetes. Si además añadimos capacidad de modularidad mediante armarios rack podríamos tener varios cientos de puertos trabajando a 1 Gbps o incluso 10 Gbps para centros de datos.

Diferencias entre un Switch y HUB

hub

Tras ver con bastantea detalle qué es un Switch, conviene diferenciarlo de aquellos dispositivos de red relacionados con él.

El primero y más evidente es el Hub o concentrador, un dispositivo que se puede considerar el antecesor del Switch. Al igual que este cuenta con un panel con un cierto número de puertos para interconectar los distintos nodos en el conectados.

La gran diferencia radica en que el Hub no es capaz de distinguir si la información que pasa por él va dirigida a un ordenador u otro. Este dispositivo se limita a recibir la información y repetirla para todos sus puertos, independientemente de lo que haya conectado en ellos, a lo que denominamos broadcast.

Diferencias entre Switch, router y modem

La siguiente diferenciación que debemos hacer es la del conmutador con los routers y modem, y esto va a ser sencillo apoyándonos en los niveles OSI.

router

Sabemos que el Switch trabaja de forma natural en la capa 2 del modelo, la de enlace de datos, ya que mediante su tabla de MAC es capaz de enviar los paquetes al host de destino. Si bien es cierto que hay equipos que pueden trabajar también en la capa 3 y 4 gracias a su firmware.

En cambio, un modem solamente trabaja en la capa 1 o física, solamente se dedica a convertir y traducir las señales que le llegan desde la red. Por ejemplo, analógicas en digitales, inalámbricas en eléctricas y ópticas en eléctricas.

Finalmente, el router es un dispositivo que trabaja principalmente en la capa 3, la de red, ya que se encarga de encarga del enrutamiento de paquetes y transferencia desde la red pública a la red interna creada por él. Pero claro, los routers actuales son muy completos, e incluyen también la función de Switch con múltiples puertos, e incluso funciones de la capa 4 y 7 gracias a la creación de VPN o servicios de datos compartidos.

Conclusiones sobre los switches

En la actualidad casi ninguno de nosotros necesita un Switch para conectar nuestros equipos a la red, ya que los routers actuales cuentan con hasta 8 puertos para ello y Wi-Fi. No obstante, siguen y se seguirán utilizado de forma indiscutible en centros de datos, centros educativos y muchos más.

La gran evolución que han tenido estos dispositivos gracias al aumento de potencia del hardware y a la complejidad del firmware, los convierten en verdaderos ordenadores casi al nivel de los routers.

Os dejamos ahora con unos cuantos artículos de redes:

¿Has tenido alguna vez o tienes un Switch, de qué capacidad? Deja en la caja tus comentarios o preguntas que estimes oportunas

José Antonio Castillo

Graduado en Ingeniería en Tecnologías Industriales. Amante de la informática, el gaming y casi cualquier deporte de motor.
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