Switches Ethernet: aprendizaje MAC, reenvío, seguridad de puerto y tipos

Funcionamiento y Características Avanzadas de los Switches de Red

1. Aprendizaje de Direcciones MAC

Cuando se conectan equipos al switch y se les asignan direcciones IP, el switch comienza a construir su tabla de direcciones MAC. Inicialmente, la tabla relacionada con cada puerto está vacía. El comando para visualizarla es show mac address-table.

• Proceso de Aprendizaje: Cada vez que llega una trama al switch, este examina la dirección MAC de origen.
• Si la dirección no se encuentra en la tabla, el switch crea una nueva entrada registrando la dirección MAC de origen y el puerto por donde llegó la trama.
• Para verificar el aprendizaje, se puede generar tráfico (ej. haciendo ping entre dos ordenadores) y luego consultar la tabla (show mac address-table).

2. Manejo de Tráfico Desconocido: Inundación de Tramas

Si el switch recibe una trama y no conoce el puerto asociado a la MAC de destino (porque no está en su tabla), debe realizar una inundación (flooding).

• La inundación consiste en reenviar la trama a todos los puertos, excepto por aquel por el que recibió originalmente la trama.

Para limpiar la tabla MAC y forzar el aprendizaje de nuevas direcciones, se utiliza el comando: #clear mac address-table.

3. Gestión de Direcciones MAC Estáticas

Es posible añadir entradas estáticas a la tabla MAC. Estas entradas no tienen tiempo de vida y permanecen activas hasta que se desconecta el puerto o el switch.

• Añadir entrada estática: #mac address-table static [dirección MAC] vlan 1 interface FA 0/3
• Borrar entrada estática: Se utiliza el mismo comando anteponiendo no.

4. Reenvío Selectivo (Conmutación)

Esta es la función principal y más eficiente del switch. Consiste en reenviar la trama que llega por el puerto adecuado, utilizando la información de la tabla MAC.

• Si se envía una trama desde un PC1 a un PC2, la trama se reenvía únicamente por el puerto donde está conectado PC2 (ej. FA0/2), llegando solo al equipo destinatario y minimizando el tráfico innecesario.

5. Seguridad de Puerto (Filtrado de Tramas)

Se implementan medidas de seguridad a nivel de puerto para restringir qué dispositivos pueden conectarse.

Ejemplo de Configuración (PC1 con MAC=0006.2a2a.1925 conectado a FA 0/1):

1. configure terminal
2. interface FA0/1
3. switchport mode access
4. switchport port-security
5. switchport port-security mac-address 0006.2a2a.2925 (Se especifica la MAC permitida)

Para verificar la configuración de seguridad en una interfaz: show port-security interface FA0/1.

Recuperación tras una violación de seguridad: Si se produce una violación, el puerto puede ser desactivado. Para reactivarlo se requiere:

1. interface fa0/1
2. shutdown
3. no shutdown

Características Clave de los Switches

Rendimiento de la Red

El reenvío selectivo optimiza el uso del ancho de banda disponible en cada puerto, reduciendo el tráfico innecesario.

• Alta Tasa de Reenvío: Permiten procesar millones de tramas por segundo.
• Funcionamiento Full-Dúplex: Permite enviar y recibir tramas de forma simultánea por el mismo cable, lo que resulta en un entorno libre de colisiones.

Seguridad y Eficiencia

• El reenvío selectivo disminuye la propagación de tráfico.
• La seguridad de puerto previene la conexión de equipos no autorizados a la red.

Funcionalidades Avanzadas

Los switches modernos ofrecen capacidades que mejoran la gestión y la conectividad:

• Detección de Velocidad: Pueden operar a diferentes velocidades en cada puerto.
• Auto MDI/MDIX: Utilizan cables cruzados o paralelos automáticamente para conectar equipos o apilar switches.
• Gestión Remota: Acceso vía web para facilitar la administración.
• VLANs: Permiten segmentar lógicamente la red.
• Power over Ethernet (POE): Capacidad de transmitir datos y electricidad por el mismo cable de red.
• Agregación de Enlaces (Link Aggregation): Agrupar varios puertos físicos para manejar un único flujo de tráfico de mayor capacidad.
• Listas de Control de Acceso (ACL): Permiten filtrar y denegar tráfico no deseado a nivel de capa 2/3.

Técnicas de Reenvío de Tramas

Almacenamiento y Reenvío (Store and Forward)

Este método garantiza la integridad de los datos:

1. El switch guarda la trama completa en memoria RAM.
2. Se mide el tamaño de la trama. Si es demasiado pequeña (indicativo de corrupción o colisión), se descarta.
3. Si la trama es válida, se reenvía por el puerto de destino.

Ventaja: Evita la retransmisión de tramas no válidas.

Cortar y Enviar (Cut-Through)

Este método prioriza la velocidad sobre la verificación completa:

• Se leen solo los primeros 6 bytes (que contienen la dirección MAC de destino).
• Inmediatamente después, se reenvía la trama por el puerto adecuado.

Desventaja: No detecta tramas corruptas causadas por colisiones.

Conmutación Adaptativa

Los switches modernos pueden operar utilizando la técnica Store and Forward o Cut-Through. Esta selección puede ser automática o activada explícitamente por el administrador de la red.

Tipos de Switches

Clasificación por Configuración Física

Switch de Configuración Fija

El número de puertos es inalterable; no se pueden agregar más puertos.

Switches Apilables (Stackable)

Tienen una configuración fija, pero incluyen un puerto especial de alta velocidad para interconectarse con otros switches. El resultado funcional es que el conjunto opera como un único switch lógico, sumando sus capacidades de puerto.

Switches Modulares

Disponen de un chasis metálico de tamaño variable que permite la instalación de diferentes módulos, ofreciendo un número variable de puertos y tipos de interfaz.

Clasificación según Capa de Operación (Software)

Switch de Capa 2

• Es el tipo más común.
• Generalmente, no permite gestión avanzada por parte del administrador (no gestionable).
• Ofrece prestaciones básicas y es más económico que las versiones gestionables.

Switch de Capa 2 Gestionable

Permite una configuración detallada de múltiples opciones por parte del administrador, accesible a través de cable de consola o interfaz web.

Switch Multicapa (Capa 3)

Es un switch gestionable que incorpora funciones de capas superiores, incluyendo el enrutamiento de IP. Son similares a los routers, pero optimizados para ofrecer una velocidad de conmutación superior.