Cómo un switch reenvía tramas

Un switch es el dispositivo moderno que conecta dispositivos en una LAN y es mucho más inteligente que un hub. En lugar de repetir los datos ciegamente, un switch lee las direcciones y reenvía cada trama únicamente al puerto donde se encuentra el destino. Este sencillo cambio mejora enormemente la velocidad, la eficiencia y la seguridad. En esta lección se explica exactamente cómo toma el switch esas decisiones de reenvío.

Un switch funciona en la capa de enlace de datos (la capa 2 del modelo OSI). En esta capa, los datos se organizan en tramas y cada dispositivo tiene una dirección MAC única (Media Access Control address) integrada en su tarjeta de red. El switch lee las direcciones MAC contenidas en las tramas para decidir adónde enviarlas, por eso se considera un dispositivo de capa 2.

Cada trama Ethernet contiene dos direcciones MAC: una de origen (quién la envió) y otra de destino (quién debe recibirla). El switch examina estas direcciones en cada trama. Al llevar un registro de qué dirección MAC se encuentra en cada puerto, el switch puede entregar las tramas con precisión, en lugar de inundar toda la red como hace un hub.

Un switch adquiere sus conocimientos mediante el aprendizaje. Cuando llega una trama, el switch registra la dirección MAC de origen y el puerto por el que ha entrado, y almacena esa pareja en su tabla de direcciones MAC. Con el tiempo, a medida que los dispositivos envían tráfico, el switch aprende dónde se encuentra cada uno. Este aprendizaje automático no requiere configuración y se produce continuamente.

Para reenviar una trama, el switch comprueba la MAC de destino en su tabla:

• Dirección conocida — envía la trama únicamente por el puerto correspondiente.
• Dirección desconocida — la inunda por todos los puertos excepto por aquel por el que llegó.

Cuando el destino responde, el switch también aprende su ubicación y las tramas posteriores se dirigen directamente allí.

Cuando un switch todavía no sabe en qué puerto se encuentra una MAC de destino, inunda la trama por todos los puertos excepto por el puerto de origen, de forma similar a un hub. Sin embargo, esto es temporal: en cuanto el destino responde, el switch aprende su puerto y deja de inundar las tramas destinadas a esa dirección. Por tanto, la inundación es un mecanismo alternativo, no el comportamiento normal, y la tabla se completa rápidamente.

Cada puerto de un switch funciona en full-dúplex, enviando y recibiendo al mismo tiempo, y proporciona al dispositivo conectado su propio ancho de banda dedicado en lugar de un medio compartido. Esto elimina las colisiones que afectaban a los hubs y permite que todos los dispositivos funcionen simultáneamente a máxima velocidad. Es una de las razones principales por las que las redes con switches superan ampliamente a las redes basadas en hubs.

La tabla MAC no crece indefinidamente. Cada entrada tiene un temporizador de caducidad; si el switch no vuelve a recibir tráfico de una dirección MAC durante un tiempo determinado, elimina esa entrada. Esto mantiene la tabla actualizada cuando los dispositivos cambian de ubicación o se desconectan. Si un dispositivo vuelve a enviar tráfico, el switch simplemente vuelve a aprender su ubicación, manteniendo la precisión del reenvío.

Los switches gestionan los distintos tipos de tramas de manera diferente:

• Unicast — dirigida a un dispositivo; se reenvía únicamente a ese puerto si se conoce.
• Broadcast — dirigida a todos los dispositivos; se envía por todos los puertos.
• Multicast — dirigida a un grupo; se inunda o, con funciones adicionales, se envía de forma selectiva.

Los broadcasts siempre se propagan por todo el switch, un aspecto importante para los dominios de broadcast que se estudiarán más adelante.

Los switches pueden reenviar tramas de distintas formas. Store-and-forward recibe la trama completa, comprueba si contiene errores y después la reenvía: es preciso, pero algo más lento. Cut-through comienza a reenviar la trama en cuanto lee la dirección de destino: es más rápido, pero no puede detectar errores. La mayoría de los switches modernos utilizan store-and-forward para ofrecer mayor fiabilidad. Conocer estos dos métodos y su equilibrio entre velocidad y precisión resulta útil para el examen.

Al reenviar de forma inteligente, los switches ofrecen tres grandes ventajas frente a los hubs: mejor rendimiento gracias a los puertos full-dúplex dedicados, menos colisiones porque cada puerto constituye su propio dominio de colisión y mayor seguridad porque las tramas no se envían a todos los dispositivos. Estas ventajas explican exactamente por qué los switches sustituyeron a los hubs en todas partes y constituyen la base de todas las LAN modernas.

Compruebe sus conocimientos sobre switching.

Ha aprendido que un switch es un dispositivo de capa 2 que lee las direcciones MAC de las tramas para reenviarlas de forma inteligente. Aprende las MAC de origen y sus puertos y las almacena en una tabla de direcciones MAC; después, reenvía los destinos conocidos por un único puerto e inunda temporalmente los destinos desconocidos. Cada puerto funciona en full-dúplex y dispone de ancho de banda dedicado, lo que elimina las colisiones. Las entradas de la tabla caducan para mantenerla actualizada. Los switches superan a los hubs en velocidad, número de colisiones y seguridad, y son la base de todas las LAN modernas.