Switch de capa 2 vs. switch de capa 3, ¿cuál es la diferencia?

Los switches de capa 2 son omnipresentes para conectar dispositivos de red y de cliente. Sin embargo, el avance de las aplicaciones de red modernas y las implementaciones de redes convergentes ha propiciado la adopción generalizada de switches de capa 3 en redes empresariales complejas, centros de datos y aplicaciones empresariales. Este artículo tiene como objetivo presentar la distinción entre switches de capa 2 y capa 3, y ofrecer información para seleccionar el switch de red óptimo.

¿Qué es el modelo OSI?

El modelo de interconexión de sistemas abiertos (OSI) sirve como modelo de referencia utilizado para definir y explicar las comunicaciones de red. Consta de siete capas distintas, que incluyen la capa de aplicación, la capa de presentación, la capa de sesión, la capa de transporte, la capa de red, la capa de enlace de datos y la capa física. Los modelos OSI de capa 2 y capa 3 corresponden a las capas de enlace de datos y de red, respectivamente. De acuerdo con las directrices del modelo OSI, los switches que operan en estas respectivas capas se identifican como switches de capa 2 y switches de capa 3.

¿Qué es un switch de capa 2?

Los switches de capa 2 operan en la capa de enlace de datos del modelo OSI y utilizan dispositivos de red para determinar el destino de las tramas mediante direcciones de control de acceso al medio (MAC). La función principal de los switches y puentes es facilitar la conmutación de capa 2, que implica la división de un gran dominio de colisión en múltiples dominios de conflicto más pequeños.

El dominio de colisión se refiere al segmento específico de una red donde pueden producirse colisiones de paquetes de datos. Dichas colisiones surgen cuando dos o más dispositivos de red dentro de un segmento de red común intentan transmitir paquetes de datos simultáneamente. Como consecuencia de la colisión, los dispositivos afectados deben retransmitir sus paquetes, lo que provoca una disminución de la eficiencia de transmisión de la red.

En una red de área local (LAN), los dispositivos están interconectados mediante un dispositivo central, comúnmente conocido como hub. Sin embargo, los hubs presentan desventajas significativas, como su incapacidad para gestionar el flujo de tráfico, y crearán grandes dominios de colisión. Para superar este problema, se introdujeron los bridges, que dividen eficazmente los dominios de colisión. No obstante, los bridges están limitados en cuanto al número de puertos, lo que los hace ineficaces para redes más grandes. En cambio, los switches se utilizan ampliamente debido a su capacidad para inspeccionar el tráfico entrante y determinar su ruta de reenvío óptima. Además, los switches proporcionan múltiples dominios de colisión independientes a través de sus puertos, eliminando así la posibilidad de colisiones.

La función del switch de capa 2

Un switch de capa 2 realiza las siguientes funciones:

Aprendizaje de direcciones MAC: El switch aprende la dirección MAC del dispositivo conectado a cada puerto analizando la dirección de origen de las tramas recibidas en ese puerto.

Reenvío de mensajes: El switch reenvía tramas en dos modos: Unicast (dirigido a un destino específico) y Unknown Unicast (difusión a todos los puertos excepto el de origen). Esto se logra mediante circuitos integrados de aplicación específica (ASICs) especializados.

Filtrado: El switch filtra tramas y las reenvía únicamente al puerto del switch donde la dirección MAC se ha aprendido previamente, reduciendo así la congestión de la red.

Spanning Tree Protocol (STP): El switch utiliza STP para prevenir bucles de red identificando y deshabilitando enlaces redundantes.

Puente transparente: El switch actúa como un puente transparente, reenviando tramas entre segmentos conectados de una LAN.

VLANs: El switch puede crear dominios de difusión más pequeños y lógicamente independientes llamados redes de área local virtuales (VLAN), que pueden mejorar la seguridad y el rendimiento de la red al segmentarla en dominios de difusión más pequeños.

Las ventajas del switch de capa 2

Existen varias razones convincentes para utilizar un switch de capa 2 dentro de una red de área local (LAN). Los principales beneficios de los switches de capa 2 incluyen:

1. Más rápidos que los routers

2. Puente basado en hardware

3. Bajo costo

4. Baja latencia

5. Velocidad de línea

¿Qué es la conmutación de capa 3?

La principal diferencia entre los switches de capa 2 y capa 3 son sus funcionalidades de enrutamiento. Mientras que un switch de capa 3 abarca todas las funciones de un switch de capa 2, además posee capacidades de enrutamiento estático y dinámico. Los switches de capa 3 están equipados para evaluar los paquetes entrantes y establecer decisiones de enrutamiento basadas en las direcciones de origen y destino de estos paquetes, incorporando funciones tanto de switch como de router.

La función del switch de capa 3

Los switches de capa 3 se utilizan en las capas de enlace de datos y de red del modelo OSI y, además de las funciones de switch de capa 2 mencionadas anteriormente, las funciones de enrutamiento también pueden implementarse en cualquiera de dos formas:

Los switches cut-through utilizan una técnica de conmutación que considera solo el primer resumen de paquete para determinar la dirección IP. Posteriormente, los paquetes restantes se dirigen hacia la dirección MAC, lo que da como resultado un mayor rendimiento de datos. 

Los switches de capa 3 paquete por paquete (PPL3) examinan cada paquete de una secuencia para determinar la dirección IP. El switch PPL3 posee una función de enrutamiento de hardware integrada, lo que permite su uso como router de alta velocidad. Además, los switches PPL3 pueden ejecutar otras funciones estándar de router, como:

1. Verificación de la integridad de los paquetes mediante sumas de comprobación

2. Actualización del tiempo de vida (TTL) de los paquetes después de cada salto

3. Gestión de toda la información opcional en los encabezados de paquetes.

Los beneficios del switch de capa 3

Los principales beneficios de los switches de capa 3 incluyen:

1. Permite el enrutamiento VLAN

2. Mejora el aislamiento de fallos

3. Simplifica la gestión de la seguridad

4. Reduce el tráfico de difusión

5. Facilita la configuración al eliminar la necesidad de un router separado entre VLANs

6. Mejora la segregación del tráfico mediante tablas de enrutamiento

7. Simplifica la solución de problemas

8. Reduce la latencia de la red

La diferencia entre switches de capa 2 y capa 3

La distinción fundamental entre los switches de Capa 2 y Capa 3 es la diferencia en las funciones de enrutamiento. Los switches de Capa 2 emplean direcciones MAC y son indiferentes a las direcciones IP u otros elementos de nivel superior. Por el contrario, los switches de Capa 3 están equipados con capacidades adicionales de enrutamiento estático y dinámico, además de todas las funciones de un switch de Capa 2. Los switches de Capa 3 poseen tablas de direcciones MAC y de enrutamiento IP, lo que facilita la comunicación intra-VLAN y el enrutamiento de paquetes entre VLAN diferentes. Además, han aparecido switches de Capa 2+ (Layer 3 Lite), que solo introducen enrutamiento estático en comparación con los switches de Capa 2. Aparte del enrutamiento de paquetes, los switches de Capa 3 también ofrecen funcionalidad avanzada que requiere información sobre la dirección IP de los datos que entran en el switch, como el etiquetado del tráfico VLAN basado en la dirección IP, en lugar de la configuración manual de puertos. Los switches de Capa 3 también ofrecen mayor potencia y seguridad en comparación con los switches de Capa 2.

Determinar el switch adecuado para su empresa implica una evaluación exhaustiva del entorno de red en el que se utilizará. En caso de que los switches se empleen en un dominio de red de capa 2, optar por un switch de capa 2 es suficiente. Un switch puro de capa 2 se utiliza en la capa de acceso de una topología de red, donde conecta hosts. Por el contrario, si el objetivo es consolidar el acceso y configurar rutas inter-VLAN mediante la integración de varios switches, se debe seleccionar un switch de capa 3. La red de capa 3 se sitúa en la capa de distribución de la topología de red.

¿Qué debe considerar al elegir un switch L2 o L3?

Cuando elija pedir un switch L2 o L3, debe considerar estos parámetros clave para determinar cuál es más adecuado para su entorno de red: tasa de reenvío, ancho de banda del backplane, número de VLAN, memoria de direcciones MAC, latencia, etc.

La tasa de reenvío es la capacidad de reenvío del backplane. Cuando la capacidad de reenvío es mayor que la suma de todas las velocidades de los puertos, llamamos al backplane no bloqueante, y la unidad de la tasa de reenvío es paquetes por segundo (pps). Esta es la fórmula para calcular la tasa de reenvío de un switch.

Tasa de reenvío (pps) = número de puertos de 10Gbit/s * 14,880,950 pps + número de puertos de 1 Gbit/s * 1,488,095 pps + número de puertos de 100Mbit/s * 148,809 pps

Otro parámetro más importante es el ancho de banda del plano posterior, que es la suma de las velocidades de todos los puertos del conmutador. Tenga en cuenta que la suma es el doble de la velocidad de todos los puertos, ya que debe incluir la dirección Tx y la dirección Rx. La unidad del ancho de banda del plano posterior es bits por segundo(bps o bit/s).

Ancho de banda del backplane (bps) = número de puertos * velocidad de datos del puerto * 2

Otros tres parámetros importantes son el número de VLAN que se pueden configurar. Generalmente, 1K=1024 VLAN son suficientes para switches de capa 2. El número típico de VLAN para switches de capa 3 es 4k=4096. La memoria de la tabla de direcciones MAC se refiere al número de direcciones MAC que puede reservar un switch, generalmente 8k o 128k. La latencia se refiere al tiempo de retardo que sufre el switch al transmitir datos. Cuanto menor sea el tiempo de latencia para los usuarios, mejor, por lo que la unidad de latencia suele ser nanosegundos (ns).

Conclusión

Este artículo presenta las principales diferencias entre los switches de Capa 2 y los switches de Capa 3. También presenta las funciones y beneficios de los switches de Capa 2 y Capa 3. Cuando necesite pedir un switch, el más caro no es necesariamente el más adecuado para usted. Debe considerar los parámetros clave de los switches de Capa 2 o Capa 3 presentados anteriormente; es más importante que elija un switch adecuado para su aplicación específica.