interruptor multicapa

Un conmutador multicapa ( MLS ) es un dispositivo de red informática que conmuta en la capa 2 del modelo OSI como un conmutador de red ordinario y proporciona funciones adicionales en capas superiores del modelo OSI . El MLS fue inventado ^{[ 1 ]} por ingenieros de Digital Equipment Corporation .

Las tecnologías de conmutación son cruciales para el diseño de redes , ya que permiten que el tráfico se envíe solo donde se necesita en la mayoría de los casos, mediante métodos rápidos basados ​​en hardware. La conmutación utiliza diferentes tipos de conmutadores de red. Un conmutador estándar se conoce como conmutador de capa 2 y se encuentra comúnmente en casi cualquier LAN. Los conmutadores de capa 3 o capa 4 requieren tecnología avanzada (véase conmutador gestionado ) y son más caros, por lo que generalmente solo se encuentran en LAN de mayor tamaño o en entornos de red especiales.

La conmutación multicapa combina tecnologías de conmutación de capa 2, 3 y 4, y proporciona escalabilidad de alta velocidad con baja latencia. La conmutación multicapa puede transmitir tráfico a velocidad de línea y también proporciona enrutamiento de capa 3. No existe diferencia de rendimiento entre el reenvío en diferentes capas, ya que el enrutamiento y la conmutación se basan completamente en hardware : las decisiones de enrutamiento las toman circuitos integrados de aplicación específica (ASIC) especializados con la ayuda de memoria direccionable por contenido . ^{[ 2 ]} 

La conmutación multicapa puede tomar decisiones de enrutamiento y conmutación basándose en lo siguiente:

• Dirección MAC en una trama de enlace de datos
• Campo de protocolo en la trama de enlace de datos
• Dirección IP en el encabezado de la capa de red
• Campo de protocolo en el encabezado de la capa de red
• Números de puerto en el encabezado de la capa de transporte

Los conmutadores multicapa (MLS) implementan la calidad de servicio ( QoS) en hardware. Un conmutador multicapa puede priorizar paquetes mediante el código de servicio diferenciado (DSCP) de 6 bits. Estos 6 bits se utilizaban originalmente para el tipo de servicio . Normalmente, en un MLS están disponibles las siguientes 4 asignaciones:

• Desde la capa 2, 3 o 4 del modelo OSI hasta IP DSCP (para paquetes IP) o IEEE 802.1p.
• De IEEE 802.1p a IP DSCP
• De IP DSCP a IEEE 802.1p
• Desde la VLAN IEEE 802.1p hasta la cola de salida del puerto.

Los MLS también pueden enrutar el tráfico IP entre VLAN como un enrutador común . El enrutamiento suele ser tan rápido como la conmutación (a velocidad de línea).

La conmutación de capa 2 utiliza las direcciones MAC de los controladores de interfaz de red (NIC) de los hosts para decidir a dónde reenviar las tramas. La conmutación de capa 2 se basa en hardware, lo que significa que los conmutadores utilizan ASIC para crear y mantener la base de información de reenvío y para realizar el reenvío de paquetes a velocidad de línea. Una forma de entender un conmutador de capa 2 es como un puente multipuerto .

La conmutación de capa 2 es altamente eficiente porque no requiere ninguna modificación de la trama. La encapsulación del paquete cambia únicamente cuando el paquete de datos pasa por medios diferentes (por ejemplo, de Ethernet a FDDI). La conmutación de capa 2 se utiliza para la conectividad de grupos de trabajo y la segmentación de la red (eliminando dominios de colisión ). Esto permite un diseño de red más plano con más segmentos de red que las redes convencionales conectadas por repetidores y enrutadores.

Los conmutadores de capa 2 presentan las mismas limitaciones que los puentes. Si bien los puentes eliminan los dominios de colisión, la red sigue siendo un único dominio de difusión, lo que puede provocar problemas de rendimiento y limitar su tamaño. La difusión y la multidifusión, junto con la lenta convergencia del protocolo Spanning Tree, pueden causar graves problemas a medida que la red crece. Debido a estos problemas, los conmutadores de capa 2 no pueden reemplazar por completo a los enrutadores. Los puentes son útiles si la red se diseña según la regla 80/20 : los usuarios pasan el 80 % de su tiempo en su segmento local.

Un conmutador de capa 3 puede realizar algunas o todas las funciones que normalmente realiza un enrutador. Sin embargo, la mayoría de los conmutadores de red se limitan a admitir un solo tipo de red física, generalmente Ethernet, mientras que un enrutador puede admitir diferentes tipos de redes físicas en diferentes puertos.

La conmutación de capa 3 se basa exclusivamente en la dirección IP (de destino) almacenada en la cabecera de un datagrama IP (la conmutación de capa 4 puede utilizar otra información de la cabecera). La diferencia entre un conmutador de capa 3 y un enrutador radica en la forma en que el dispositivo toma la decisión de enrutamiento. Tradicionalmente, los enrutadores utilizan microprocesadores para tomar decisiones de reenvío mediante software, mientras que el conmutador realiza únicamente la conmutación de paquetes basada en hardware (mediante ASIC especializados con la ayuda de memoria direccionable por contenido). ^{[ 2 ] [ 3 ]} Sin embargo, muchos enrutadores ahora también cuentan con funciones de hardware avanzadas para facilitar el reenvío.

La principal ventaja de los conmutadores de capa 3 es el potencial de una menor latencia de red , ya que un paquete puede enrutarse sin realizar saltos adicionales a un enrutador. Por ejemplo, conectar dos segmentos distintos (como VLAN ) con un enrutador a un conmutador de capa 2 estándar requiere pasar la trama al conmutador (primer salto L2), luego al enrutador (segundo salto L2), donde el paquete dentro de la trama se enruta (salto L3) y luego se devuelve al conmutador (tercer salto L2). Un conmutador de capa 3 realiza la misma tarea sin necesidad de un enrutador (y, por lo tanto, sin saltos adicionales) al tomar la decisión de enrutamiento por sí mismo; es decir, el paquete se enruta a otra subred y se conmuta al puerto de red de destino simultáneamente.

Dado que muchos conmutadores de capa 3 ofrecen la misma funcionalidad que los enrutadores convencionales, pueden utilizarse como alternativas más económicas y con menor latencia en algunas redes. Los conmutadores de capa 3 pueden realizar las siguientes acciones, que también pueden realizar los enrutadores:

• determinar rutas en función del direccionamiento lógico
• verificar y recalcular las sumas de comprobación de la cabecera de la capa 3
• examinar y actualizar el campo tiempo de vida (TTL)
• procesar y responder a cualquier información sobre opciones
• Actualizar los administradores del Protocolo simple de administración de red (SNMP) con información de la Base de información de administración (MIB).

Entre las ventajas de la conmutación de capa 3 se incluyen las siguientes:

• Reenvío rápido de paquetes basado en hardware con baja latencia.
• menor coste por puerto en comparación con los enrutadores puros.
• contabilidad de flujos
• Calidad del servicio (QoS)

El IEEE ha desarrollado una terminología jerárquica útil para describir los procesos de reenvío y conmutación. Los dispositivos de red que no pueden reenviar paquetes entre subredes se denominan sistemas finales (SE, por sus siglas en inglés), mientras que los que sí pueden hacerlo se denominan sistemas intermedios (SI). Los SI se dividen a su vez en sistemas que se comunican únicamente dentro de su dominio de enrutamiento (SI intradominio) y sistemas que se comunican tanto dentro como entre dominios de enrutamiento (SI interdominio). Un dominio de enrutamiento se considera generalmente una parte de una interconexión de redes bajo una autoridad administrativa común y se rige por un conjunto específico de directrices administrativas. Los dominios de enrutamiento también se denominan sistemas autónomos.

Una funcionalidad común de la capa 3 es la detección de multidifusión IP mediante IGMP snooping . Gracias a esta función, un conmutador de capa 3 puede aumentar la eficiencia al entregar el tráfico de un grupo de multidifusión únicamente a los puertos donde el dispositivo conectado haya indicado que desea escuchar dicho grupo.

Los conmutadores de capa 3 suelen admitir el enrutamiento IP entre VLAN configuradas en el conmutador. Algunos conmutadores de capa 3 admiten los protocolos de enrutamiento que utilizan los enrutadores para intercambiar información sobre rutas entre redes.

La conmutación de capa 4 se refiere a la tecnología de conmutación de capa 3 basada en hardware que también puede considerar el tipo de tráfico de red (por ejemplo, distinguir entre UDP y TCP ). La conmutación de capa 4 proporciona una inspección adicional de datagramas mediante la lectura de los números de puerto que se encuentran en la cabecera de la capa de transporte para tomar decisiones de enrutamiento (es decir, los puertos utilizados por HTTP , FTP y VoIP ). Estos números de puerto se encuentran en la RFC 1700 y hacen referencia al protocolo, programa o aplicación de la capa superior.

Mediante la conmutación de capa 4, el administrador de red puede configurar un conmutador de capa 4 para priorizar el tráfico de datos según la aplicación. La información de capa 4 también puede utilizarse para facilitar la toma de decisiones de enrutamiento. Por ejemplo, las listas de acceso extendidas pueden filtrar paquetes según los números de puerto de capa 4. Otro ejemplo es la información de contabilidad recopilada mediante estándares abiertos con sFlow .

Un conmutador de capa 4 puede utilizar información de los protocolos de la capa de transporte para tomar decisiones de reenvío. Principalmente, esto se refiere a la capacidad de utilizar los números de puerto de origen y destino en las comunicaciones TCP y UDP para permitir, bloquear y priorizar las comunicaciones. ^{[ 4 ]}

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• Enrutador puente
• Conmutación de etiquetas multiprotocolo (MPLS)
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