Switch (conmutador)

El Switch (Conmutador) es el dispositivo de interconexión central en las redes locales cableadas (LAN) modernas, perteneciente a la Capa 2 (Capa de Enlace de Datos) del modelo OSI. Su función principal es recibir tramas Ethernet desde un puerto de origen y reenviarlas de manera selectiva y directa únicamente hacia el puerto donde se encuentra conectado el dispositivo de destino.

A diferencia de los antiguos hubs, el switch es un dispositivo inteligente que aprende de forma dinámica la ubicación de cada equipo inspeccionando la dirección MAC de origen de las tramas que recibe. Esta información se almacena en su memoria interna dentro de la **Tabla CAM (MAC Address Table)**, lo que permite segmentar el tráfico, eliminar colisiones y optimizar el uso del ancho de banda.

¿Cómo funciona un Switch? (Proceso de Conmutación)

Cuando una trama Ethernet ingresa por una interfaz física del switch, el dispositivo ejecuta secuencialmente los siguientes pasos:

  • Aprender (Learning): Lee la dirección MAC de origen de la trama entrante. Si esa MAC no figuraba en la Tabla CAM, la añade asociándola al puerto por el que ingresó la información junto con un temporizador de envejecimiento (aging time).
  • Filtrar / Reenviar (Filtering / Forwarding): Lee la dirección MAC de destino de la trama y la busca en la Tabla CAM:
    • Destino conocido (Unicast): Si la MAC de destino está registrada, el switch conmuta la trama **únicamente hacia el puerto asociado**.
    • Destino desconocido (Unknown Unicast) o Broadcast: Si la MAC de destino no figura en la tabla, el switch inunda la trama reenviándola por **todos los puertos activos excepto el de entrada** (flooding).
  • Segmentar Dominios de Colisión: Cada puerto de un switch constituye un **dominio de colisión independiente**. Al operar habitualmente en modo **Full-Duplex**, los equipos pueden enviar y recibir datos simultáneamente sin riesgo de colisiones.

Modos de Conmutación en Switches (Switching Modes)

Modo de Conmutación Mecanismo de Procesamiento Latencia Verificación de Errores
Store-and-Forward (Almacenamiento y Reenvío) Recibe la trama completa, verifica la suma de comprobación (FCS/CRC). Si es válida, la reenvía; si tiene errores, la descarta. Es el método por defecto en switches Cisco modernos. Alta (depende del tamaño de la trama). Máxima (No propaga tramas corruptas).
Cut-Through (Corte Puro) Lee únicamente los primeros 6 bytes de la trama (MAC Destino) e inicia inmediatamente el reenvío sin esperar a recibir el resto del paquete. Mínima (Extremadamente rápido). Nula (Puede reenviar tramas con errores).
Fragment-Free (Libre de Fragmentos) Lee los primeros 64 bytes de la trama (donde ocurren casi todas las colisiones) antes de iniciar el reenvío. Equilibra velocidad y detección de fallos. Intermedia. Media (Filtra fragmentos de colisión).

Clasificación de los Switches por Funcionalidad

Tipo de Switch Nivel OSI Capacidades Principales
Unmanaged (No Administrable) Capa 2 Plug & Play. Sin interfaz de configuración. Adecuado para redes domésticas o pequeñas oficinas (SOHO).
Managed L2 (Administrable) Capa 2 Permite configurar VLANs, Port Security, Agregación de enlaces (LACP), Spanning Tree (STP) y calidad de servicio (QoS).
Multicapa / L3 (Switch de Capa 3) Capa 2 y Capa 3 Combina la velocidad de conmutación de Capa 2 por hardware con la capacidad de **enrutar paquetes IP entre distintas VLANs** (Inter-VLAN Routing) a velocidad de línea.

Características principales:

  • Elimina los problemas de rendimiento del medio compartido al ofrecer **ancho de banda dedicado** por puerto en comunicación Full-Duplex.
  • Soporta la creación de **VLANs (Redes de Área Local Virtuales)** para segmentar una red física en múltiples dominios de difusión independientes por motivos de seguridad y administración.
  • Implementa el protocolo **STP (Spanning Tree Protocol / IEEE 802.1D-802.1w)** para evitar bucles de capa 2 cuando se instalan enlaces redundantes entre switches.
  • Puede incorporar tecnología **PoE (Power over Ethernet)** para alimentar eléctricamente dispositivos de red (teléfonos IP, cámaras de seguridad, puntos de acceso Wi-Fi) a través del mismo cable de red UTP.

Analogía: Si un hub es un megáfono en una sala a oscuras donde todos oyen a todos, un switch es una centralita telefónica privada. Cuando llamas desde la extensión 1 (puerto 1) a la extensión 3 (puerto 3), la centralita conecta ambos terminales de forma directa y privada. La conversación no la escucha nadie más y el resto de usuarios pueden hacer sus propias llamadas al mismo tiempo sin interferencias.

Actividad práctica

Objetivo:

Comprobar la conmutación selectiva de tramas Ethernet en un Switch administrable, analizar la Tabla CAM y observar el aislamiento de tráfico frente al comportamiento de un Hub.

Tareas:

  1. En **Cisco Packet Tracer**, crea una topología con 1 Switch (modelo 2960) y 3 PCs (PC0 en Fa0/1, PC1 en Fa0/2 y PC2 en Fa0/3).
  2. Cambia al modo **Simulation** en la parte inferior derecha.
  3. Genera un ping (petición ICMP) desde el **PC0** hacia el **PC1**.
  4. Avanza el simulador paso a paso (botón Capture / Forward) y observa lo siguiente:
    • En la primera transmisión (si no hay entrada ARP/CAM), el switch inunda el paquete por todos los puertos activos.
    • En la respuesta del PC1 hacia el PC0, observa cómo el switch **reenvía la trama únicamente hacia el puerto Fa0/1 del PC0**, sin enviar copia alguna al PC2.
  5. Accede a la CLI del Switch en modo EXEC privilegiado y ejecuta el comando show mac address-table para verificar cómo se han registrado las direcciones MAC de los hosts en los puertos Fa0/1 y Fa0/2.

Preguntas de reflexión:

  1. ¿Cómo afecta la sustitución de un Hub por un Switch al número de dominios de colisión y al número de dominios de difusión en una red local?
  2. ¿Qué ventaja crítica ofrece el modo de conmutación Store-and-Forward sobre el modo Cut-Through en redes expuestas a interferencias o cables defectuosos?
  3. ¿Qué problema de red severo ocurre si conectamos dos switches entre sí con dos cables Ethernet paralelos para hacer redundancia si no está activo el protocolo Spanning Tree (STP)?
  4. ¿Cuál es la diferencia conceptual principal entre la función que realiza un Switch de Capa 2 y un Switch de Capa 3 (Multicapa)?
  5. ¿Por qué el modo de transmisión Full-Duplex no era posible cuando se utilizaban hubs y sí lo es con switches?
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1. ¿Cómo afecta la sustitución de un Hub por un Switch al número de dominios de colisión y al número de dominios de difusión en una red local?

Divide la red creando **un dominio de colisión independiente por cada puerto del switch** (eliminando colisiones si opera en Full-Duplex). Sin embargo, el número de **dominios de difusión se mantiene en 1** para toda la red (a menos que se configuren VLANs).

2. ¿Qué ventaja crítica ofrece el modo de conmutación Store-and-Forward sobre el modo Cut-Through en redes expuestas a interferencias o cables defectuosos?

Garantiza la integridad total de los datos. Al recibir la trama completa y calcular el valor FCS/CRC antes de transmitirla, el switch **descarta inmediatamente cualquier trama corrupta o con errores**, evitando malgastar ancho de banda reenviando tráfico basura por la red.

3. ¿Qué problema de red severo ocurre si conectamos dos switches entre sí con dos cables Ethernet paralelos para hacer redundancia si no está activo el protocolo Spanning Tree (STP)?

Se produce un **bucle de Capa 2 (L2 Loop)**. Al no existir un campo TTL en las tramas Ethernet, las tramas de difusión (broadcast) e inundación comienzan a circular indefinidamente en círculo entre ambos switches, generando una **Tormenta de Difusión (Broadcast Storm)** que satura los enlaces y congela los recursos de los switches en cuestión de segundos.

4. ¿Cuál es la diferencia conceptual principal entre la función que realiza un Switch de Capa 2 y un Switch de Capa 3 (Multicapa)?

El **Switch Capa 2** conmuta tramas basándose únicamente en direcciones MAC físicas dentro de la misma subred local o VLAN. El **Switch Capa 3** incluye hardware especializado (ASICs de enrutamiento) para examinar paquetes IP de Capa 3 y tomar decisiones de enrutamiento entre distintas subredes/VLANs sin necesitar un router externo.

5. ¿Por qué el modo de transmisión Full-Duplex no era posible cuando se utilizaban hubs y sí lo es con switches?

Porque el hub conecta eléctricamente todos los cables a un bus compartido común, donde la transmisión simultánea en dos sentidos genera una colisión inevitable. El switch aísla físicamente cada canal de transmisión (Tx) y recepción (Rx) en un enlace punto a punto dedicado entre la tarjeta de red y su propio puerto, permitiendo el tráfico bidireccional simultáneo sin interferencias.



El Switch o conmutador es un dispositivo de interconexión que opera en la capa de enlace de datos (Capa 2) del modelo OSI. Su función es conectar varios dispositivos en una misma red local (LAN) de manera inteligente y eficiente.

¿Cómo funciona?

A diferencia del Hub, el Switch no "grita" la información a todo el mundo. El Switch es capaz de aprender. La primera vez que recibe un paquete, anota la dirección física (MAC) del dispositivo que lo envió y en qué puerto está conectado.

Con esta información crea una Tabla de Direcciones MAC (Tabla CAM). Cuando llega un paquete para un destino específico, el Switch consulta su tabla y lo envía únicamente al puerto donde está el destinatario.

Características principales

  • Segmentación de tráfico: Crea canales de comunicación privados entre parejas de dispositivos.

  • Full Duplex: Permite enviar y recibir datos al mismo tiempo sin colisiones.

  • Ancho de banda dedicado: Si el switch es de 1 Gbps, cada puerto dispone de esa velocidad teórica para comunicarse.

  • Seguridad: Al no enviar los datos a todos los puertos, es mucho más difícil "espiar" el tráfico de otros compañeros de red.

Diferencia clave: Si el Hub es como un megáfono en una habitación donde todos oyen todo, el Switch es como una centralita telefónica que establece una línea directa entre dos personas.



 

Actividad Práctica:

Objetivo

Demostrar cómo el Switch construye su tabla de aprendizaje y cómo esto elimina el tráfico innecesario en la red.

Escenario de Red (Packet Tracer)

  1. Conecta 3 PCs a un Switch de 24 puertos.

  2. Configura las IPs: 192.168.1.10, 192.168.1.11 y 192.168.1.12.

  3. Abre la consola (CLI) del Switch.

Tareas

  1. Ver la tabla vacía:

    • Antes de hacer nada, escribe en el Switch: show mac address-table.

    • Pregunta: ¿Aparece alguna dirección MAC de los PCs? (No debería, porque aún no han transmitido nada).

  2. El proceso de aprendizaje:

    • Haz un ping del PC1 al PC2.

    • Vuelve a escribir show mac address-table en el Switch.

    • Observación: Verás que ahora el Switch ya sabe en qué puertos (ej. Fa0/1 y Fa0/2) están esos dos PCs.

  3. Análisis de tráfico (Modo Simulación):

    • Envía un paquete del PC1 al PC2.

    • Observa: ¿El paquete llega al PC3? ¿Por qué?

    • Repite lo mismo pero enviando un Broadcast (ej. un comando ARP). ¿Qué hace el Switch en este caso?

Preguntaas:

  • ¿Qué comando usamos para ver qué dispositivos conoce el Switch?

  • Define "Tabla MAC" con tus propias palabras basándote en lo que has visto.

  • ¿Qué sucede con el rendimiento de la red si cambiamos el Switch por un Hub en un aula con 30 alumnos?