¿Cuál es la diferencia entre los conmutadores industriales de Capa 2 y Capa 3?

La principal diferencia entre los conmutadores industriales de Capa 2 (L2) y Capa 3 (L3) radica en sus funciones y capacidades de red, especialmente en cómo manejan la transmisión de datos, el enrutamiento y la segmentación de la red. Comprender estas diferencias es crucial al diseñar o mantener una red industrial, ya que la selección del tipo de conmutador adecuado puede afectar significativamente el rendimiento, la seguridad y la escalabilidad de la red. A continuación se ofrece una descripción detallada de las diferencias clave entre los conmutadores industriales de Capa 2 y Capa 3:

1. Modelo de red y capas OSI

Tanto los conmutadores de Capa 2 como los de Capa 3 funcionan según el modelo de Interconexión de sistemas abiertos (OSI), pero funcionan en diferentes capas:

Switches de Capa 2 (Capa de Enlace de Datos):

--- Operar en la Capa 2 del modelo OSI (la Capa de Enlace de Datos).

--- Reenvían datos basados en direcciones MAC.

--- Función principal: Conmutación, que significa reenviar paquetes dentro de una red local (es decir, dentro del mismo dominio de transmisión).

--- Se utiliza para conectar dispositivos como computadoras, sensores y equipos industriales en la misma VLAN o subred.

Switches de Capa 3 (Capa de Red):

--- Operar en la Capa 3 del modelo OSI (la Capa de Red).

--- Reenviar datos basados en direcciones IP, además de direcciones MAC.

--- Función principal: Enrutamiento entre diferentes VLAN o subredes, así como conmutación dentro de la misma subred.

--- Combinan las capacidades de un enrutador (enrutamiento IP) con un conmutador (conmutación de dirección MAC).

2. Funcionalidad y casos de uso

Switches industriales de capa 2:

--- Traspuesta: Los conmutadores L2 solo manejan el tráfico dentro del mismo segmento de red o dominio de transmisión (es decir, la misma VLAN o subred). Reenvían tramas basadas en direcciones MAC almacenadas en su tabla de direcciones MAC. Cuando se recibe una trama, el conmutador verifica la dirección MAC de destino y la reenvía al puerto correcto.

--- Caso de uso: Los conmutadores L2 son ideales para redes simples donde todos los dispositivos forman parte de la misma VLAN o subred, como en pequeñas configuraciones industriales donde no hay necesidad de enrutar el tráfico entre diferentes redes. Se utilizan principalmente para agregar tráfico en redes de área local (LAN).

--- Ejemplo: En una fábrica, un conmutador L2 puede conectar varias máquinas en una línea de producción que forman parte de la misma VLAN. Reenvía datos de manera eficiente entre estas máquinas en función de sus direcciones MAC, lo que les permite comunicarse sin necesidad de enrutamiento.

--- Limitaciones: Los conmutadores L2 no pueden enrutar datos entre diferentes VLAN o subredes. Si hay varias VLAN presentes en la red, se necesitará un enrutador o un conmutador de Capa 3 para facilitar la comunicación entre ellas.

Switches industriales de capa 3:

--- Conmutación y enrutamiento: Los conmutadores L3 pueden realizar tanto conmutación (reenvío basado en direcciones MAC dentro de la misma VLAN o subred) como enrutamiento (reenvío basado en direcciones IP entre diferentes VLAN o subredes). Tienen tablas de enrutamiento y pueden tomar decisiones sobre la mejor ruta para enviar paquetes entre diferentes redes, de manera muy similar a un enrutador.

--- Caso de uso: Los conmutadores L3 se utilizan en redes industriales grandes o complejas donde hay múltiples VLAN o subredes y el tráfico debe enrutarse entre estos segmentos. Son ideales para entornos donde se necesita comunicación de red local y la capacidad de reenviar tráfico entre diferentes segmentos de la red.

--- Ejemplo: En una instalación industrial grande con múltiples departamentos (por ejemplo, producción, control de calidad y administración), cada departamento puede estar en una VLAN diferente. Un conmutador de Capa 3 permite la comunicación entre estas VLAN enrutando el tráfico en la capa de red.

Ventajas:

--- Enrutamiento entre VLAN: Los conmutadores L3 pueden enrutar el tráfico entre diferentes VLAN sin la necesidad de un enrutador externo, lo que reduce la latencia y simplifica el diseño de la red.

--- Segmentación de la red: Proporcionan una mejor segmentación y seguridad de la red al aislar el tráfico entre diferentes segmentos de la red.

--- Actuación: Los conmutadores L3 a menudo realizan el enrutamiento más rápido que los enrutadores tradicionales porque realizan tanto la conmutación como el enrutamiento en hardware (en lugar de software), lo que mejora el rendimiento y reduce los retrasos en la red.

3. Dirección MAC frente a reenvío de dirección IP

Conmutadores de capa 2:

--- Utilice direcciones MAC para reenviar tramas. Cada puerto del conmutador aprende las direcciones MAC de los dispositivos conectados a él y utiliza esta información para reenviar tramas al dispositivo apropiado.

--- Las decisiones de reenvío se toman en función del encabezado de Capa 2, que incluye las direcciones MAC de los dispositivos de origen y destino.

Conmutadores de capa 3:

--- Utilice ambas direcciones MAC para cambiar dentro de una VLAN y direcciones IP para enrutar entre diferentes VLAN o subredes.

--- Los conmutadores L3 examinan el encabezado de Capa 3 (IP) para tomar decisiones de reenvío entre diferentes subredes, de forma muy similar a un enrutador.

--- Mantienen tablas de enrutamiento para determinar la mejor ruta para reenviar paquetes según el destino IP.

4. Soporte de VLAN y enrutamiento entre VLAN

Conmutadores de capa 2:

--- Soporta VLAN (Redes de Área Local Virtuales), permitiendo la segmentación de la red separando el tráfico en diferentes VLAN.

--- Sin embargo, los conmutadores L2 no pueden realizar enrutamiento entre VLAN. Para permitir la comunicación entre diferentes VLAN, necesita un enrutador externo o un conmutador de Capa 3 para enrutar el tráfico.

Conmutadores de capa 3:

--- No solo puede manejar VLAN sino que también proporciona enrutamiento entre VLAN, lo que permite que los dispositivos en diferentes VLAN se comuniquen entre sí.

--- Esto reduce la necesidad de un enrutador independiente, lo que simplifica la arquitectura de la red y reduce la latencia, ya que el conmutador realiza el enrutamiento internamente.

--- Ejemplo: Los dispositivos en VLAN 10 y VLAN 20 pueden comunicarse entre sí a través del conmutador de Capa 3, sin necesidad de un enrutador externo.

5. Diseño y escalabilidad de la red

Conmutadores de capa 2:

--- Ideal para diseños de redes planas, donde todos los dispositivos forman parte de una única VLAN o subred.

--- Se utilizan en redes localizadas más pequeñas o como conmutadores de acceso en redes más grandes.

--- Limitado en escalabilidad ya que no pueden enrutar el tráfico entre diferentes subredes o VLAN.

Conmutadores de capa 3:

--- Adecuado para diseños de red jerárquicos o complejos que requieren enrutamiento entre múltiples VLAN o subredes.

--- Proporcionan más escalabilidad ya que permiten la segmentación de la red en diferentes dominios de transmisión, mejorando el rendimiento, la seguridad y la administración.

--- A menudo se utilizan como conmutadores centrales en redes industriales, manejando tanto el tráfico local como el enrutamiento entre diferentes segmentos de la red.

6. Seguridad y Control

Conmutadores de capa 2:

--- Limitado en términos de características de seguridad en comparación con los conmutadores de Capa 3. Se basan principalmente en filtrado basado en MAC y segmentación de VLAN para controlar el tráfico.

Conmutadores de capa 3:

--- Ofrezca funciones de seguridad más avanzadas, incluida la capacidad de controlar el tráfico en función de las direcciones IP.

--- Admite listas de control de acceso (ACL), que pueden filtrar el tráfico en el nivel de Capa 3 (por ejemplo, en función de direcciones IP, protocolos y puertos).

--- Esto brinda a los administradores de red un control más granular sobre qué dispositivos y usuarios pueden acceder a diferentes partes de la red.

7. Consideraciones de desempeño

Conmutadores de capa 2:

--- Normalmente proporcionan conmutación de alta velocidad en la capa de enlace de datos, lo que los hace eficientes para manejar el tráfico local dentro de la misma VLAN.

--- Si se necesita enrutamiento, el tráfico debe pasar a través de un enrutador externo, lo que podría provocar una latencia adicional.

Conmutadores de capa 3:

--- Ofrece capacidades de enrutamiento y conmutación de alta velocidad.

--- El enrutamiento se realiza a velocidades de hardware (utilizando ASIC (circuitos integrados de aplicaciones específicas), que generalmente son más rápidos que los enrutadores tradicionales que realizan el enrutamiento a nivel de software.

--- Esto mejora el rendimiento al enrutar entre diferentes VLAN o subredes en grandes redes industriales.

8. Diferencias de costos

Conmutadores de capa 2:

--- Menos costoso en comparación con los conmutadores de Capa 3, lo que los hace adecuados para redes pequeñas o casos de uso específicos donde no se necesita enrutamiento.

Conmutadores de capa 3:

--- Generalmente son más costosos debido a sus capacidades de enrutamiento avanzadas, pero brindan un mejor valor a largo plazo en redes industriales complejas y de gran escala donde se necesitan enrutamiento entre VLAN y funciones avanzadas.

Conclusión

En resumen, la principal diferencia entre los conmutadores industriales de Capa 2 y Capa 3 es la capacidad de enrutar el tráfico entre diferentes redes:

--- Los conmutadores de Capa 2 operan en la Capa de Enlace de Datos, enfocándose en cambiar datos dentro de la misma red usando direcciones MAC. Son ideales para redes simples o localizadas donde los dispositivos están en la misma VLAN o subred.

--- Los conmutadores de capa 3 operan tanto en la capa de enlace de datos como en la capa de red, y son capaces de conmutar dentro de una red y enrutar entre diferentes VLAN o subredes utilizando direcciones IP. Son adecuados para redes más complejas que requieren capacidades de conmutación y enrutamiento, lo que los hace ideales para grandes entornos industriales que necesitan escalabilidad, seguridad y gestión eficiente del tráfico de datos.

La selección entre conmutadores de Capa 2 y Capa 3 depende del tamaño, la complejidad y los requisitos específicos de su red industrial.