Fundamentos de Switching y Routing: Operación en Capas 2 y 3 del Modelo OSI

Funcionalidad del Switching: Explorando el Modelo OSI, Capa 2 y Capa 3

Para iniciar el estudio de las tecnologías de switching, es importante conocer qué es y cómo funciona el modelo de referencia OSI. En este punto, se considera que el lector ya ha asimilado estos conceptos en fases anteriores de su formación técnica en Cisco. No obstante, es función de este libro proporcionar al alumno las claves para comprender las diferencias entre switching y routing en las capas 2, 3 y 4 del modelo de referencia OSI, involucradas en estas funciones.

El proceso de encapsulación de los datos sigue la siguiente secuencia:

1. Datos
2. Segmentos
3. Paquetes
4. Tramas
5. Bits

La siguiente tabla describe las diferentes capas del modelo OSI, su correspondiente PDU (Protocol Data Unit) y el dispositivo asociado a estas:

Conmutación de Capa 2

La función de conmutación en capa 2 es proporcionada por aquellos dispositivos capaces de transportar tramas entre dos interfaces, ofreciendo las siguientes capacidades:

• Aprender direcciones MAC a partir de una trama entrante.
• Mantener actualizada una tabla en la que se asocie la dirección MAC con el puerto por el que se aprendió.
• Reenviar por todos los puertos, excepto por el que se recibió, las tramas de broadcast y multicast.
• Reenviar por todos los puertos, excepto por el que se recibió, las tramas desconocidas (unknown unicast).
• Evitar bucles de red entre los diferentes equipos involucrados utilizando el protocolo Spanning Tree (STP) o mediante cualquier otra tecnología o protocolo que pueda ser utilizada para este fin.

Es muy importante tener clara la diferencia entre un bridge (puente) y un switch, y su desempeño en esta capa, ya que son los dispositivos fundamentalmente involucrados en este nivel. Los bridges son dispositivos capaces de conmutar tramas realizando las funciones arriba detalladas, mientras que los switches, además, son capaces de conmutar las tramas y desarrollar esas funcionalidades utilizando ASIC (Application-Specific Integrated Circuit) específico. Es decir, los switches pueden realizar estas funciones por hardware, de forma mucho más eficiente y rápida.

Se debe tener en cuenta también si el proceso de conmutación se produce al mover tramas entre dos interfaces del mismo tipo en nivel 1 (como es el caso de Ethernet) o entre dos interfaces de distinto tipo (por ejemplo, Ethernet y FDDI). En caso de ser dos interfaces del mismo tipo, no será necesario modificar la cabecera de capa 2; pero si la conmutación se produce entre dos interfaces de distinto tipo, será necesario modificar dicha cabecera antes de enviar la trama a la capa 1.

La conmutación en capa 2 puede ser muy apropiada para entornos pequeños donde todos los hosts comparten el mismo dispositivo de interconexión. Sin embargo, esta tecnología no es escalable, ya que al interconectar varios dispositivos de capa 2, hay que tener en cuenta el protocolo STP (Spanning Tree Protocol) y sus elevados tiempos de convergencia.

Enrutamiento de Capa 3

Los dispositivos involucrados en el enrutamiento de capa 3 realizan las siguientes funciones:

• Los paquetes se reenvían entre redes basándose en direcciones de capa 3.
• El camino óptimo entre dos puntos se calcula teniendo en cuenta diferentes métricas, como pueden ser el número de saltos, el retraso, el ancho de banda, una combinación de las anteriores, etc.
• Para reenviar un paquete, el router busca en su tabla de enrutamiento cuál es la dirección IP del siguiente salto para el destino concreto y la interfaz de salida del router.
• El camino óptimo para un destino puede ser elegido entre varias posibilidades; incluso puede ocurrir que existan varios caminos óptimos.
• Los routers se comunican entre sí utilizando protocolos de enrutamiento (routing protocols).
• Los paquetes de broadcast no se reenviarán (excepto en casos muy concretos).
• Los paquetes de multicast se reenviarán dependiendo de la configuración que tengan los routers.