¿Qué es un conmutador de redes?

¿Qué es un conmutador de redes?

Un conmutador de redes es un equipo que permite que dos o más dispositivos de TI, como computadoras, se puedan comunicar entre sí. La conexión de varios dispositivos de TI crea una red de comunicaciones. La computación, las impresiones, los servidores, el almacenamiento de archivos, el acceso a Internet y otros recursos de TI se pueden compartir en toda la red.

Los dispositivos de TI se comunican mediante el intercambio de "paquetes" de datos en la red. Los conmutadores básicos reenvían paquetes de un dispositivo a otro, mientras que las operaciones más complicadas (como decidir si a un paquete se le permite llegar a su destino previsto) tradicionalmente pertenecen al dominio de otros tipos de dispositivos de red.

Los conmutadores pueden tomar la forma de un dispositivo dedicado o pueden ser un componente de otros equipos, como los enrutadores de red y los puntos de acceso inalámbricos (AP), que realizan operaciones en los paquetes de datos. La tecnología de conmutación básica ha existido durante décadas y es uno de los pilares fundamentales de todas las redes modernas de TI, incluyendo el Internet.

¿Qué problemas resuelven los conmutadores?

Un conmutador de red conecta a los usuarios, las aplicaciones y los equipos en una red para que puedan comunicarse entre sí y compartir recursos. Los conmutadores de red más simples ofrecen conectividad exclusivamente a los dispositivos en una única red de área local (LAN). Los conmutadores más avanzados pueden conectar dispositivos de múltiples LAN e incluso pueden incorporar funciones básicas de seguridad de datos. 

En los conmutadores más avanzados, funciones que van más allá de la interconexión LAN simple suelen ser un subconjunto de las que se encuentran normalmente en otros dispositivos de red, como los enrutadores y firewalls. A pesar de las capacidades avanzadas de estos conmutadores, se les sigue llamando "conmutadores", dado que su proósito principal es conectar dispositivos entre sí como parte de una red de TI. 

Una función importante de la conmutación avanzada es la capacidad de crear "redes virtuales". Las redes virtuales aíslan grupos de sistemas en red el uno del otro con base en configuraciones provistas por los administradores de la red. Esta capacidad permite que una gran cantidad de sistemas se conecten a una única red física, a la vez que segmenta a ciertos sistemas de los demás. Los tipos de red virtual incluyen redes privadas (VPN), LAN virtuales (VLAN) y LAN extensible virtual para VPN Ethernet (EVPN-VXLAN), todos los cuales suelen usarse en redes de tamaño mediano y grande. EVPN-VXLAN es una implementación cada vez más común de la segmentación de redes en las redes empresariales modernas.

Los conmutadores de red vienen en una amplia variedad de velocidades, capacidades y tamaños. Pueden admitir desde tres dispositivos hasta miles de ellos. Múltiples conmutadores de red se pueden conectar unidos para admitir aún más dispositivos. Los detalles de cómo estos conmutadores se conectan se denominan "topología de red".

Una topología moderna de "spine-leaf" que usa conmutadores de alta velocidad con alta densidad de puerto podía conectar fácilmente a decenas de miles de dispositivos en una sola red física. En una red de centro de datos de spine-leaf, los conmutadores agregan tráfico de los servidores y se conectan directamente a conmutadores de spine, que interconectan todos los conmutadores de lead en una topología de estructura de malla completa. Estas grandes redes suelen segmentarse en una gran cantidad de redes virtuales que usan EVPN-VXLAN, con conmutadores de leaf que ofrecen acceso a (y enrutamiento para) diferentes segmentos de red.

Este tipo de red es común en los centros de datos compartidos por muchos clientes (llamados "centros de datos de múltiples inquilinos"), al igual que aquellos utilizados por los gobiernos y las grandes empresas.

¿Cómo funciona un conmutador?

La forma en que un conmutador de red permite la comunicación entre dispositivos es que todos los sistemas conectados, incluyendo el conmutador en sí, siguen un conjunto estándar de protocolos de comunicación. Estos estándares son definidos y mantenidos por organizaciones internacionales de estándares, como el Instituto de Ingeniería Eléctrica y Electrónica (IEEE) y el Grupo de trabajo de ingeniería de Internet (IETF).

Hay tres formas principales en las que los dispositivos se conectan a una red: radio (como Wi-Fi), eléctrica (como Ethernet RJ-45) y óptica basada en la luz. Cada método de conexión usa un medio diferente de interconexión de redes físicas (espectro de RF, cables de cobre y cableado de fibra óptica, respectivamente) mediante el cual los dispositivos de TI se comunican mediante el envío de una transmisión de 1s y 0s entre ellos.

Los estándares de red permiten que estas transmisiones de 1s y 0s se interpreten en paquetes. Los paquetes contienen un encabezado y una carga. Los encabezados de paquete contienen información, como la fuente y la dirección destino de los dispositivos que están participando en esta comunicación. Las cargas contienen los datos que los dispositivos en red están tratando de intercambiar. Cada dispositivo en una red tiene una o más direcciones a las que los paquetes se pueden dirigir.

Los grupos de paquetes intercambiados por dos o más direcciones se llaman "flujos de datos". Los flujos de datos son casi equivalentes a las conversaciones individuales entre los dispositivos en red. Un conmutador lee las direcciones de los encabezados de los paquetes y reenvía los paquetes hacia su destino.

Los conmutadores mantienen registros llamados tablas de búsqueda (LUT). Las LUT contienen una lista de la cual se pueden extraer direcciones mediante el uso de puertos de conmutación específicos. Algunos conmutadores, al igual que enrutadores, se pueden configurar con "rutas". Las rutas son un tipo de LUT que dirige a los conmutadores a enviar todos los paquetes que tienen ciertos destinos a un conmutador o enrutador intermediario. El uso de rutas permite que los conmutadores envíen paquetes a dispositivos para los que el conmutador no tiene la información de dirección.

Por ejemplo, consideremos cómo un teléfono inteligente puede usar una red casera de Wi-Fi para acceder a una página web. El teléfono inteligente se conecta a una AP a través del Wi-Fi. La AP tiene un conmutador de Ethernet o RJ-45 integrado, que a su vez está conectado a un enrutador de Internet.