Redes de Área Local Conmutadas

Una red de área local conmutada conecta hosts dentro de un área limitada a través de conmutadores de capa de enlace que reenvían tramas basándose en direcciones MAC, aprendiendo la topología de la red automáticamente y segmentándola en dominios de colisión separados.

Definition

Una red de área local conmutada es una red de área local en la que los conmutadores de capa de enlace interconectan hosts y reenvían tramas selectivamente basándose en las direcciones MAC de destino, aprendiendo automáticamente qué direcciones son accesibles a través de qué puertos.

Scope

Este tema cubre el funcionamiento de las LAN conmutadas: el direccionamiento de capa de enlace (MAC), el Protocolo de Resolución de Direcciones que mapea las direcciones IP a las direcciones MAC en un enlace local, cómo los conmutadores de aprendizaje construyen tablas de reenvío observando las tramas, cómo segmentan los dominios de colisión mientras preservan un único dominio de difusión, y las redes de área local virtuales (VLAN) que particionan un conmutador físico en redes lógicas. Excluye el formato específico de la trama Ethernet y el hardware de conmutación, tratados en el tema dedicado a Ethernet, y el enrutamiento entre redes de la capa de red.

Core questions

• ¿Cómo se estructuran las direcciones de capa de enlace (MAC) y en qué se diferencian de las direcciones IP?
• ¿Cómo mapea el Protocolo de Resolución de Direcciones una dirección IP a una dirección MAC en un enlace local?
• ¿Cómo aprende un conmutador la ubicación de los hosts y construye su tabla de reenvío?
• ¿Cómo segmentan los conmutadores los dominios de colisión manteniendo un único dominio de difusión?
• ¿Qué son las redes de área local virtuales (VLAN) y por qué se utilizan?

Key concepts

• Direcciones MAC (capa de enlace)
• Protocolo de Resolución de Direcciones (ARP)
• conmutadores de capa de enlace
• tablas de reenvío de conmutadores
• autoaprendizaje
• dominios de colisión y dominios de difusión
• redes de área local virtuales (VLAN)
• protocolo de árbol de expansión

Key theories

Conmutación transparente y de autoaprendizaje

Un conmutador Ethernet registra la dirección MAC de origen y el puerto de entrada de cada trama, construyendo una tabla de reenvío que le permite enviar tramas posteriores solo por el puerto hacia el destino; este aprendizaje es automático y transparente para los hosts.

Resolución de direcciones

Dado que los hosts conocen las direcciones IP de los demás, pero la entrega de enlaces necesita direcciones MAC, el Protocolo de Resolución de Direcciones difunde una consulta para la dirección MAC correspondiente a una dirección IP local y almacena en caché la respuesta, uniendo las capas de red y de enlace.

Segmentación de dominios de colisión y VLAN

Los conmutadores confinan las colisiones a enlaces individuales y pueden particionarse lógicamente en redes de área local virtuales, aislando el tráfico de difusión y agrupando hosts independientemente del cableado físico para mayor seguridad y capacidad de gestión.

Clinical relevance

Las LAN conmutadas son el componente básico cotidiano de las redes empresariales, de campus y de centros de datos. Los conmutadores de autoaprendizaje hacen posible la conexión en red local "plug-and-play", las VLAN permiten que una infraestructura física sirva a muchas redes lógicas para el aislamiento y la seguridad, y la comprensión de ARP y los dominios de difusión es esencial para diagnosticar problemas de conectividad, tormentas de difusión y conflictos de direcciones.

History

Las primeras LAN utilizaban medios compartidos donde todos los hosts compartían un dominio de colisión. Los puentes transparentes, y el protocolo de árbol de expansión de Radia Perlman para prevenir bucles entre ellos, permitieron unir múltiples segmentos de forma segura. El Protocolo de Resolución de Direcciones (RFC 826, 1982) vinculó el direccionamiento IP con el de Ethernet. Los puentes evolucionaron a conmutadores de alta densidad de puertos, convirtiendo las LAN en redes totalmente conmutadas, dúplex completo y con soporte para VLAN.

Key figures

• Radia Perlman
• David C. Plummer
• Larry L. Peterson

Seminal works

• kurose2021
• rfc826

Frequently asked questions

¿Cómo sabe un conmutador dónde enviar una trama?

Un conmutador aprende observando el tráfico: cuando llega una trama, registra la dirección MAC de origen y el puerto por el que entró. Con el tiempo, construye una tabla que mapea las direcciones a los puertos, de modo que puede reenviar una trama solo por el puerto hacia su destino, inundando a todos los puertos solo cuando el destino aún es desconocido.

¿Qué es una VLAN?

Una red de área local virtual (VLAN) particiona un conmutador físico (o un conjunto de conmutadores) en múltiples dominios de difusión lógicos. Los hosts en diferentes VLAN se comportan como si estuvieran en conmutadores separados, lo que mejora la seguridad y el aislamiento y permite a los administradores agrupar dispositivos lógicamente en lugar de por su conexión física.