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Diferencia entre conmutadores de capa 2 y capa 3 en el sistema de redes informáticas:
En esto Serie de formación sobre redes para principiantes , nuestro tutorial anterior nos informó sobre Clases de subredes y red en detalle.
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Aprenderemos las diversas características y aplicaciones de los conmutadores en la capa 2 y la capa 3 del modelo de referencia OSI.
Exploraremos las diferencias fundamentales entre el método de trabajo de los interruptores de capa 2 y capa 3 aquí.
El concepto básico que ramifica la forma de trabajar entre ambos tipos de conmutadores es que los conmutadores de capa 2 depositan el paquete de datos en un puerto de conmutador predefinido enraizado en la dirección MAC del host de destino.
No existe un algoritmo de enrutamiento seguido por este tipo de conmutadores. Mientras que los conmutadores de capa 3 siguen el algoritmo de enrutamiento, y los paquetes de datos están destinados al siguiente salto definido y el host de destino tiene sus raíces en la dirección IP definida en el extremo del receptor.
También exploraremos cómo estos conmutadores ayudan a los probadores de software situados a kilómetros de distancia a la hora de enviar y recibir una herramienta de software.
Lo que vas a aprender:
Conmutadores de capa 2
De la introducción anterior sobre ambos conmutadores de capa, surge una pregunta interesante en nuestra mente. Si los conmutadores de la capa 2 no siguen ninguna tabla de enrutamiento, entonces, ¿cómo aprenderán la dirección MAC (dirección única de una máquina como 3C-95-09-9C-21-G2 ) del próximo salto?
La respuesta es que lo hará siguiendo el Protocolo de resolución de direcciones conocido como ARP.
El funcionamiento de este protocolo es el siguiente:
Hemos tomado el ejemplo de una red en la que un conmutador está conectado a cuatro dispositivos host conocidos como PC1, PC2, PC3 y PC4. Ahora, la PC1 quiere enviar un paquete de datos a la PC2 por primera vez.
Aunque la PC1 conoce la dirección IP de la PC2 cuando se comunican por primera vez, no conoce la dirección MAC (hardware) del host de recepción. Por tanto, la PC1 utiliza un ARP para descubrir la dirección MAC de la PC2.
El conmutador envía la solicitud ARP a todos los puertos, excepto al puerto al que está conectada la PC1. Cuando la PC2 reciba la solicitud ARP, responderá con un mensaje de respuesta ARP con su dirección MAC. PC2 también recopila la dirección MAC de PC1.
Por lo tanto, mediante el flujo de mensajes anterior y posterior, el Switch aprende qué direcciones MAC están asignadas a qué puertos. De manera similar, cuando la PC2 envía su dirección MAC en el mensaje de respuesta ARP, el conmutador ahora recopila la dirección MAC de la PC2 y la almacena en su tabla de direcciones MAC.
También almacena la dirección MAC de la PC1 en la tabla de direcciones tal como la envió la PC1 para cambiar con el mensaje de solicitud de ARP. De ahora en adelante, siempre que la PC1 desee enviar datos a la PC2, el conmutador simplemente buscará en su tabla y los reenviará al puerto de destino de la PC2.
De esta manera, el Switch seguirá manteniendo la dirección de hardware de cada host que se conecte.
Dominio de colisión y difusión
La colisión puede ocurrir en la conmutación de Capa 2 donde dos o más hosts intentan comunicarse en el mismo intervalo de tiempo en el mismo enlace de red.
La eficiencia de la red disminuirá aquí ya que la trama de datos colisionará y tendremos que reenviarlos. Pero cada puerto de un conmutador generalmente se encuentra en un dominio de colisión diferente. El dominio que se utiliza para reenviar todo tipo de mensajes de difusión se conoce como dominio de difusión.
Todos los dispositivos de capa 2, incluidos los conmutadores, aparecen en el mismo dominio de transmisión.
VLAN
Para superar el problema de la colisión y el dominio de difusión, se introduce la técnica VLAN en el sistema de redes informáticas.
La red de área local virtual comúnmente conocida como VLAN es un conjunto lógico de dispositivos finales que se encuentran en el grupo idéntico del dominio de transmisión. La configuración de VLAN se realiza a nivel de conmutador mediante diferentes interfaces. Diferentes conmutadores pueden tener una configuración VLAN diferente o la misma y configurarse de acuerdo con las necesidades de una red.
Los hosts conectados a dos o más conmutadores diferentes se pueden conectar dentro de la misma VLAN incluso si no están conectados físicamente, ya que la VLAN se comporta como una red LAN virtual. Por lo tanto, los hosts que están conectados con diferentes conmutadores pueden compartir el mismo dominio de transmisión.
Para una mejor comprensión del uso de VLAN, tomemos el ejemplo de una red de muestra, donde una usa VLAN y la otra no usa VLAN.
La siguiente topología de red no utiliza la técnica de VLAN:
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Sin VLAN, el mensaje de difusión enviado desde el host 1 llegará a todos los componentes de red de la red.
Pero al usar VLAN y configurar VLAN en ambos conmutadores de la red agregando una tarjeta de interfaz que nombre Fast Ethernet 0 y Fast Ethernet 1, generalmente anotada como Fa0 / 0, en dos redes VLAN diferentes, un mensaje de transmisión del Host 1 se entregará solo a Anfitrión 2.
Esto sucede mientras se realiza la configuración, y solo el host 1 y el host 2 se definen en el mismo conjunto de VLAN, mientras que los otros componentes son miembros de alguna otra red VLAN.
Es importante tener en cuenta aquí que los conmutadores de capa 2 pueden permitir que los dispositivos host lleguen al host de la misma VLAN únicamente. Para llegar al dispositivo host de alguna otra red, se requiere el conmutador o enrutador de capa 3.
Las redes VLAN son redes altamente seguras ya que debido a su tipo de configuración, cualquier documento o archivo confidencial puede enviarse a través de dos hosts predefinidos de la misma VLAN que no están conectados físicamente.
Esto también administra el tráfico de transmisión, ya que el mensaje se transmitirá y recibirá solo al conjunto de VLAN definida, y no a todos en la red.
El diagrama de una red que usa VLAN se muestra a continuación:
Puertos de acceso y troncales
Se realizan varios tipos de configuraciones en los puertos del conmutador. Para acceder a una sola red VLAN, asignamos un puerto de acceso a esa VLAN.
Los puertos de acceso se utilizan cuando simplemente necesitamos configurar solo los dispositivos finales del host para una red VLAN en particular.
Para acceder a más de un conmutador y diferentes VLAN, la interfaz se ha asignado al puerto troncal del conmutador. El puerto de camiones es lo suficientemente inteligente como para soportar el tráfico de varias VLAN.
Configurando VLAN
- Para configurar VLAN en el conmutador, primero habilite el modo IOS en el conmutador.
- El comando para crear VLAN está en el modo de configuración NÚMERO DE VLAN, es decir, Switch (config) # VLAN 10.
- Mediante el uso de un comando de interfaz, podemos asignar el puerto Fast Ethernet bajo VLAN.
- Ahora, al usar la línea de comando de acceso a switchport podemos especificar que la interfaz es un modo de acceso.
- El siguiente comando asignará el NÚMERO de VLAN al modo de acceso al puerto del conmutador.
El ejemplo de una serie de comando será el siguiente:
|_+_|De la serie de comandos anterior, está claro que se crea la VLAN 10 y que el puerto fa0 / 1 del conmutador se mueve a la VLAN 10.
- El comando del modo de acceso del puerto de conmutación se puede asignar a una sola VLAN únicamente. Para configurar varias VLAN, se utiliza el comando de interfaz del modo de enlace troncal switchport, ya que puede transportar el tráfico de varias VLAN.
Características de los conmutadores de capa 2
A continuación se enumeran las diversas características de los conmutadores de capa 2.
- El conmutador de capa 2 actúa como un puente de red que conecta varios dispositivos finales de un sistema de red de computadoras en una sola plataforma. Pueden transportar datos de forma muy rápida y competente desde el origen hasta el destino en redes LAN.
- Los conmutadores de capa 2 realizan la función de conmutación para reorganizar las tramas de datos desde el origen hasta un extremo de destino aprendiendo la dirección MAC del nodo de destino de la tabla de direcciones del conmutador.
- La tabla de direcciones MAC proporciona la dirección única de cada dispositivo de la capa 2, sobre la base de la cual puede identificar los dispositivos finales y el nodo en el que se entregarán los datos.
- El conmutador de capa 2 divide una red LAN complicada y voluminosa en redes VLAN pequeñas.
- Al configurar varias VLAN dentro de una amplia red LAN, la conmutación se vuelve más rápida ya que no está conectada físicamente.
Aplicaciones de los conmutadores de capa 2
A continuación se muestran las diversas aplicaciones de los conmutadores de capa 2.
- A través de conmutadores de Capa 2, podemos enviar tramas de datos desde el origen al destino que se encuentra en la misma VLAN fácilmente sin estar conectados físicamente o estar en la misma ubicación.
- Por lo tanto, los servidores de una empresa de software pueden ubicarse de manera centralizada en una ubicación y los clientes dispersos en las otras ubicaciones pueden acceder a los datos fácilmente sin latencia y, por lo tanto, ahorrar tiempo y costos al servidor.
- Las organizaciones pueden realizar comunicaciones internas configurando los hosts en la misma VLAN mediante el uso de este tipo de conmutadores sin necesidad de conexión a Internet.
- Los probadores de software también usan estos conmutadores para compartir su herramienta manteniéndola de forma centralizada en una ubicación de servidor y el otro servidor puede acceder a ellos estando lejos y no conectados físicamente configurando todos en la misma VLAN del sistema de red.
Conmutadores de capa 3
El conmutador de capa 2 falla cuando necesitamos transferir los datos entre diferentes LAN o VLAN.
Aquí es donde los conmutadores de capa 3 entran en escena, ya que la técnica que utilizan para enrutar los paquetes de datos al destino es mediante direcciones IP y subredes.
Los conmutadores de capa 3 funcionan en la 3ª capa del modelo de referencia OSI y realizan el enrutamiento de paquetes de datos utilizando direcciones IP. Tienen una velocidad de conmutación más rápida que los conmutadores de capa 2.
Son incluso más rápidos que los enrutadores convencionales, ya que realizan el enrutamiento de paquetes de datos sin utilizar saltos adicionales, lo que conduce a un mejor rendimiento. Debido a la funcionalidad de esta técnica de enrutamiento en los conmutadores de capa 3, se implementan para la construcción de redes de redes internas e internas.
Para comprender las funciones de los conmutadores de capa 3, primero debemos comprender el concepto de enrutamiento.
El dispositivo de capa 3 en el extremo de origen primero mira su tabla de enrutamiento que tiene toda la información sobre las direcciones IP de origen y destino y la máscara de subred.
Posteriormente, basándose en la información que recopila de la tabla de enrutamiento, entrega el paquete de datos al destino y puede pasar los datos entre diferentes redes LAN, MAN y WAN. Sigue el camino más corto y seguro para entregar datos entre los dispositivos finales. Este es el concepto general de enrutamiento.
Se pueden unir varias redes mediante enlaces STM que tienen anchos de banda muy altos y enlaces DS3 también. El tipo de conectividad depende de los distintos parámetros de la red.
Características de los conmutadores de capa 3
Las diversas características de los conmutadores de capa 3 se detallan a continuación:
- Realiza el enrutamiento estático para transferir datos entre diferentes VLAN. Mientras que el dispositivo de capa 2 puede transferir datos entre las redes de la misma VLAN únicamente.
- También realiza el enrutamiento dinámico de la misma manera que lo hace un enrutador. Esta técnica de enrutamiento dinámico permite que el conmutador ejecute un enrutamiento de paquetes óptimo.
- Proporciona un conjunto de múltiples rutas de acuerdo con el escenario en tiempo real de la red para entregar los paquetes de datos. Aquí, el conmutador puede seleccionar la ruta más factible para enrutar el paquete de datos. Las técnicas de enrutamiento más populares incluyen RIP y OSPF.
- Los conmutadores tienen la capacidad de reconocer la información relacionada con la dirección IP que se dirige hacia el conmutador sobre el tráfico.
- Los conmutadores tienen la capacidad de implementar clasificaciones de QoS según la división en subredes o el etiquetado de tráfico de VLAN en lugar de configurar el puerto del conmutador manualmente como en el caso de los conmutadores de capa 2.
- Requieren más energía para operar y ofrecen enlaces de mayor ancho de banda entre los conmutadores que son casi de más de 10 Gbits.
- Proporcionan rutas muy seguras para el intercambio de datos. Por lo tanto, se implementan en los casos en que la seguridad de los datos es una preocupación principal.
- Las funciones asociadas con los conmutadores, como la autenticación 802.1x, la detección de bucle invertido y la inspección ARP, hacen que su uso sea eficiente en instancias donde la transmisión segura de datos es esencial.
Aplicaciones de los conmutadores de capa 3
A continuación se enumeran las aplicaciones de los conmutadores de capa 3:
- Es ampliamente utilizado en centros de datos y campus extensos como universidades donde hay una configuración muy grande de redes de computadoras. Debido a sus características como el enrutamiento estático y dinámico y su velocidad de conmutación más rápida que un enrutador, se utiliza en la conectividad LAN para la interconexión de varias redes VLAN y LAN.
- El conmutador de capa 3 en combinación con varios conmutadores de capa 2 permite que más usuarios se conecten a la red sin la necesidad de implementar un conmutador de capa 3 adicional y más ancho de banda. Por lo tanto, se implementa ampliamente en universidades e industrias de pequeña escala. En caso de que aumente el número de usuarios finales en una plataforma de red, sin ninguna mejora de la red, se puede acomodar fácilmente en el mismo escenario de ejecución.
- Por lo tanto, el conmutador de capa 3 puede manejar fácilmente recursos de gran ancho de banda y aplicaciones de usuario final, ya que ofrece un ancho de banda de 10 Gbits.
- Tienen las habilidades para descargar los enrutadores sobrecargados. Esto se puede hacer configurando un conmutador de capa 3, cada uno con un enrutador principal en un escenario de red de área amplia para que el conmutador pueda administrar todo el enrutamiento de VLAN a nivel local.
- Siguiendo el tipo de escenario anterior, la eficiencia de trabajo del enrutador mejorará y se puede usar de forma dedicada para la conectividad de larga distancia (WAN) y la transmisión de datos.
- Un conmutador de capa 3 es lo suficientemente inteligente para manejar y administrar el enrutamiento y el control del tráfico de los servidores y dispositivos finales conectados localmente que utilizan su gran ancho de banda. Por lo tanto, las empresas generalmente usan un conmutador L-3 para conectar sus servidores de monitoreo y nodos anfitriones en cualquier centro NOC de un subsistema que sea parte de un gran sistema de redes informáticas.
Enrutamiento entre VLAN en el conmutador L-3
El siguiente diagrama muestra el funcionamiento del enrutamiento entre VLAN con el conmutador de capa 3 en combinación con el conmutador L-2.
Repasemos esto con la ayuda de un ejemplo:
En una universidad, las PC de las facultades, el personal y los estudiantes están conectadas a través de conmutadores L-2 y L-3 en un conjunto diferente de VLAN.
La PC 1 de una VLAN de facultad en una universidad quiere comunicarse con la PC 2 de alguna otra VLAN de un miembro del personal. Como ambos dispositivos finales son de VLAN diferente, necesitamos un conmutador L-3 para enrutar los datos del host 1 al host 2.
En primer lugar, con la ayuda de la parte de hardware de la tabla de direcciones MAC, el conmutador L-2 localizará el host de destino. Luego, aprenderá la dirección de destino del host de recepción de la tabla MAC. Después de eso, el conmutador de capa 3 realizará la parte de conmutación y enrutamiento sobre la base de la dirección IP y la máscara de subred.
Descubrirá que la PC1 quiere comunicarse con la PC de destino de cuál de las redes VLAN está presente allí. Una vez que reúna toda la información necesaria, establecerá el vínculo entre ellos y enrutará los datos al receptor desde el extremo del remitente.
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Conclusión
En este tutorial, hemos explorado las características y aplicaciones básicas de los conmutadores de capa 2 y capa 3 con la ayuda de ejemplos en vivo y representación pictórica.
Aprendimos que ambos tipos de conmutadores tienen un par de ventajas y desventajas y, según el tipo de topologías de red, implementamos el tipo de conmutador en la red.
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