Lección 6: Switches, VLANs y STP

1. El Switch: Corazón de la LAN

El switch (conmutador) es el dispositivo central en las redes locales modernas. Opera en la Capa 2 (Enlace de Datos) del modelo OSI y su función principal es reenviar tramas Ethernet basándose en la dirección MAC de destino.

A diferencia de un hub (que repite la señal por todos los puertos), el switch aprende qué dispositivos están conectados a cada puerto y envía el tráfico solo al puerto correspondiente, mejorando drásticamente el rendimiento y la seguridad.

Los switches pueden ser gestionables (permiten configuración VLAN, STP, etc.) o no gestionables (plug-and-play, sin opciones de configuración). En este curso trabajaremos con switches gestionables.

2. La Tabla MAC (CAM Table)

El switch mantiene en memoria una tabla llamada tabla MAC o CAM (Content Addressable Memory). Esta tabla asocia direcciones MAC con puertos físicos.

Proceso de aprendizaje

1. Desconocido: Cuando una trama llega a un puerto, el switch extrae la MAC origen y la guarda asociada a ese puerto.
2. Reenvío: El switch busca la MAC destino en su tabla. Si la encuentra, envía la trama solo por ese puerto.
3. Inundación (Flooding): Si la MAC destino no está en la tabla, el switch envía la trama por todos los puertos excepto el de llegada.
4. Caducidad: Las entradas tienen un tiempo de vida (aging time, típicamente 300 segundos). Si no se reciben tramas de esa MAC, la entrada se elimina.

Ejemplo de tabla MAC

3. STP (Spanning Tree Protocol)

En redes con switches redundantes (múltiples caminos entre dos puntos), se pueden formar bucles que provocan tormentas de broadcast, duplicación de tramas e inestabilidad en la tabla MAC. El protocolo STP (IEEE 802.1D) evita estos bucles de forma automática.

Cómo funciona STP

STP elige un switch raíz (root bridge) y desactiva selectivamente algunos puertos para eliminar bucles, garantizando un único camino activo entre cualquier par de dispositivos. Si un enlace activo falla, STP recalcula y activa un puerto bloqueado como respaldo.

Estados de un puerto en STP

1. Blocking: No reenvía tramas, solo escucha BPDUs.
2. Listening: Escucha BPDUs para determinar la topología.
3. Learning: Comienza a aprender direcciones MAC, pero no reenvía datos.
4. Forwarding: Reenvía tramas con normalidad.
5. Disabled: Puerto administrativamente desactivado.

Variantes de STP

• STP (802.1D): El original, convergencia lenta (30-50 segundos).
• RSTP (802.1w): Rapid STP, convergencia mucho más rápida (unos segundos).
• MSTP (802.1s): Multiple STP, permite varias instancias STP para distintos VLANs.

4. VLANs (Virtual LANs)

Una VLAN (Virtual Local Area Network) permite dividir una red física en múltiples redes lógicas independientes. Los dispositivos en distintas VLANs no pueden comunicarse directamente entre sí — necesitan un router o un switch de Capa 3.

Ventajas de las VLANs

• Segmentación: Separar tráfico de distintos departamentos (ventas, IT, RRHH).
• Seguridad: Aislar tráfico sensible del resto de la red.
• Reducción de broadcast: Cada VLAN tiene su propio dominio de broadcast.
• Flexibilidad: Los usuarios pueden estar en la misma VLAN aunque estén en diferentes switches.

Tipos de VLAN

• VLAN por puerto: Asignación estática de puertos a una VLAN.
• VLAN por MAC: Asignación basada en la dirección MAC del dispositivo.
• VLAN por protocolo: Según el protocolo de red (IP, IPX).
• VLAN nativa (Native VLAN): VLAN por defecto en un trunk, porta tráfico sin etiquetar.

Trunking y 802.1Q

Para transportar tráfico de múltiples VLANs por un mismo enlace físico entre switches, se usa trunking. El estándar IEEE 802.1Q inserta una etiqueta (tag) de 4 bytes en la trama Ethernet que identifica a qué VLAN pertenece.

+----------+-------+--------+-------+---------+----------+
| Preámbulo| MAC   | 802.1Q | Tipo  | Datos   | FCS      |
|          | Dest  | Tag    |       |         |          |
+----------+-------+--------+-------+---------+----------+
                     | TPID | PRI | CFI | VID |
                     |0x8100| 3b  | 0   | 12b |
                     +------+-----+-----+-----+

5. Configuración práctica en Cisco

A continuación, comandos básicos para configurar un switch Cisco con VLANs y STP.

Crear VLANs

Switch> enable
Switch# configure terminal
Switch(config)# vlan 10
Switch(config-vlan)# name Ventas
Switch(config-vlan)# exit
Switch(config)# vlan 20
Switch(config-vlan)# name IT
Switch(config-vlan)# exit

Asignar puertos a una VLAN (modo access)

Switch(config)# interface fastEthernet 0/1
Switch(config-if)# switchport mode access
Switch(config-if)# switchport access vlan 10
Switch(config-if)# exit

Configurar trunk entre switches

Switch(config)# interface gigabitEthernet 0/1
Switch(config-if)# switchport mode trunk
Switch(config-if)# switchport trunk allowed vlan 10,20,30
Switch(config-if)# exit

Verificación

Switch# show vlan brief
Switch# show interfaces trunk
Switch# show spanning-tree
Switch# show mac-address-table

6. Resumen y conceptos clave

• El switch opera en Capa 2 y usa la tabla MAC para reenviar tramas selectivamente.
• STP elimina bucles en redes redundantes, asegurando un único camino lógico.
• Las VLANs segmentan la red en dominios lógicos independientes, mejorando seguridad y rendimiento.
• El etiquetado 802.1Q permite transportar múltiples VLANs por un mismo enlace (trunk).
• Los switches gestionables se configuran vía CLI (Cisco IOS, por ejemplo).