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Dispositivos de Red: Switch , Router y Firewall

Material técnico para entender qué ocurre dentro del hardware: CAM, dominios de colisión vs broadcast, ARP, Capa 2 vs Capa 3 y flujo real de datos.

Switch (L2)Router (L3)FirewallVer tabla comparativa

Arquitectura de hardware (nivel técnico)

Si estás estudiando CCNA o ASIR, ya sabes que “el router conecta redes” es una definición infantil. Para aprobar y para trabajar, necesitas entender qué pasa con los bits dentro de la carcasa metálica.

En esta guía vamos a diseccionar el plano de datos: cómo un switch decide en nanosegundos y por qué un router es arquitectónicamente lo contrario.

Dominio de Colisión

Segmento donde los paquetes pueden chocar. Queremos que sea pequeño.

Dominio de Broadcast

Hasta dónde llega un “grito” broadcast. Si crece demasiado, satura la red.

Mapa mental rápido:
  • Capa 2 (Switch): mira MAC → decide por tabla CAM → conmuta tramas.
  • Capa 3 (Router/L3): mira IP → decide por routing table → enruta paquetes.
  • Capa 4–7 (Firewall): mira puertos/estado/políticas → permite o bloquea sesiones.
Base del diseño: segmentar colisiones (switching) y contener broadcasts (routing/VLANs).

1. Switch (Capa 2): micro-segmentación

Un switch no es un “ladrón de puertos”. Es un dispositivo basado en ASICs (hardware dedicado) diseñado para conmutar tramas Ethernet a velocidad de cable (wire speed).

Idea clave: el switch trabaja con Tramas (Frames) y direcciones MAC.

Tabla CAM: el corazón del switch

El “cerebro” del switch no es la CPU: es la memoria CAM (Content Addressable Memory), donde guarda la relación Puerto ↔ MAC.

A diferencia de una RAM típica, la CAM permite encontrar la MAC y devolver el puerto “de golpe” (muy rápido, ideal para switching).

Learning & Forwarding (aprendizaje y envío)

  1. Source Learning: mira la MAC de origen. Si no está, la aprende: “AA:BB… está en el puerto 1”.
  2. Destination Forwarding: mira la MAC de destino:
    • Si la conoce: envía solo por el puerto correcto (Unicast).
    • Si no la conoce: hace Flooding (inunda) por todos menos por el de entrada.
Flooding no es “malo” por sí mismo: es el mecanismo de descubrimiento cuando la tabla aún no está completa.
Detalles pro:
  • Aging: las entradas CAM “caducan” si no ven tráfico (para no llenarse de basura).
  • MAC flapping: si una MAC aparece cambiando de puerto constantemente, suele ser síntoma de bucles o mala configuración.
  • Unknown unicast flooding: si no conoce la MAC destino, el switch inunda como si fuese broadcast (hasta aprender).

Dominios de colisión: la magia del switch

En un hub antiguo, todo era un único dominio de colisión. En un switch moderno: cada puerto es su propio dominio de colisión.

Hub (antiguo)

Un solo dominio de colisión. Si dos hablan, chocan.

Switch (actual)

Un dominio por puerto. Tráfico simultáneo real (Full-Duplex).

Nota de examen: un switch de 24 puertos crea 24 dominios de colisión, pero por defecto solo 1 dominio de broadcast (si no hay VLANs).

2. Router (Capa 3): el aislador

El router es un ordenador especializado: CPU, RAM (tablas), NVRAM (config), Flash (SO). Mientras el switch trabaja con tramas, el router trabaja con paquetes.

Idea clave: el router toma decisiones por IP y separa redes.

Proceso de routing paso a paso

  1. Desencapsula: elimina la cabecera L2 (Ethernet). La MAC “no le sirve”.
  2. Lee destino: mira la IP de destino.
  3. Lookup: consulta la routing table (interfaz + next hop).
  4. Re-encapsula: crea una nueva cabecera L2 y envía al siguiente salto.
En cada salto de router, cambian las MAC, pero las IPs se mantienen (hasta llegar al destino final).

Dominios de broadcast: el router los corta

El router es el “asesino de broadcasts”. Si un equipo lanza un broadcast (FF:FF:FF:FF:FF:FF), el switch lo propaga por la LAN. Cuando llega al router… el router lo descarta. No lo reenvía a otra red.

Función vital: contener el tráfico local. Sin esto, los broadcasts crecerían hasta reventar redes.

ARP: el pegamento entre Capa 2 y Capa 3

Para enviar un paquete IP dentro de una LAN, el equipo necesita saber a qué MAC debe encapsularlo. Esa traducción la hace ARP (Address Resolution Protocol).

  1. El PC sabe la IP destino (por ejemplo, 192.168.1.50) pero no su MAC.
  2. Lanza un ARP Request en broadcast: “¿Quién tiene 192.168.1.50?”
  3. El dueño responde con ARP Reply en unicast: “Soy yo, mi MAC es XX:XX…”
  4. El PC guarda el resultado en su tabla ARP durante un tiempo y ya puede enviar tramas unicast.
Clave: ARP funciona dentro del dominio de broadcast. Por eso, si el destino está en otra red, el PC no busca la MAC del servidor remoto: busca la MAC del gateway.

3. Switch de Capa 3 (Multilayer Switch)

Es un switch con hardware especializado para procesar paquetes IP. Se usa en el core para enrutar entre VLANs (Inter-VLAN Routing) a 10/40Gbps.

Ventaja

Routing interno muy rápido (ASICs / hardware dedicado).

Limitación típica

Menos foco en NAT/VPN/WAN comparado con un router “puro”.

4. Firewall (Capa 4–7): Stateful Inspection

En redes modernas, el firewall es un dispositivo más. No basta con “cerrar puertos”.

Stateful vs Stateless

Stateless (ACLs)

Bloquea/permite sin memoria de estado. Si permites salida, la vuelta suele requerir reglas específicas.

Stateful (Firewall real)

Mantiene estado. Si tú inicias conexión a Google, permite automáticamente la respuesta. Si te intentan entrar “sin llamada”, bloquea.

En la práctica: el stateful reduce reglas y mejora la seguridad por defecto.
En redes reales: muchas veces el dispositivo de borde hace varias cosas a la vez: routing + NAT + firewall + VPN. Por eso en pequeñas empresas “el router” suele ser también “firewall”.

Tabla comparativa (resumen técnico)

Característica Switch (L2) Router (L3) Switch Multicapa (L3) Firewall (L4–7)
PDU Trama (Frame) Paquete (Packet) Trama / Paquete Segmento / Sesión
Direccionamiento MAC IP MAC e IP IP + Puertos + Estado
Decisión principal CAM / MAC table Routing table Hardware routing Políticas + inspección
Colisiones 1 por puerto 1 por interfaz 1 por puerto No aplica (filtrado)
Broadcasts Los propaga (1 por VLAN) Los corta Los corta al enrutar Normalmente los corta (según diseño)
Velocidad típica Muy alta Media/Alta Muy alta Variable (depende de inspección)
Uso típico Acceso / distribución Borde / WAN Core / Inter-VLAN Perímetro / segmentación
Para examen: Switch = MAC, Router = IP, Firewall = estado/políticas.

Escenario real: flujo de datos

Visualiza el camino cuando abres una web desde tu PC:

  1. PC: genera datos → TCP → IP → Ethernet. Envía al switch.
  2. Switch: lee MAC. No es local → envía al puerto del router (gateway).
  3. Router: quita Ethernet → lee IP → decide ruta → (normalmente) NAT → re-encapsula y envía fuera.
  4. Internet: routers intermedios repiten el proceso hasta el servidor.
Si el gateway está mal (IP/máscara/subred), el router se convierte en un pisapapeles caro.

¿Y ahora qué?

Ahora ya entiendes la maquinaria física y lógica. El siguiente paso es dominar el sistema de direcciones que estos aparatos usan para tomar decisiones: IPv4 y subredes.

Continúa aprendiendo con SubnetMaster

Para situar esta guía dentro del recorrido completo, continúa con Ethernet switching seguridad de red. Estas páginas conectan la teoría con cálculos, diseño y diagnóstico sin repetir lo explicado aquí.