Diferencias entre Hub y Switch

Diferencias entre Hub y Switch

En el mundo de las redes de computadoras, es esencial comprender los dispositivos que facilitan la comunicación entre los equipos. Dos de los dispositivos más utilizados en redes son el hub y el switch. Aunque ambos cumplen funciones similares, existen diferencias clave que afectan su rendimiento y aplicabilidad en distintas situaciones. En este artículo, exploraremos en profundidad las diferencias entre hub y switch, cómo funcionan, y cuál es el más adecuado para diversas necesidades de red.

Comprendiendo su funcionamiento en Redes

¿Qué es un Hub?

Un hub es un dispositivo de red básico que permite la comunicación entre varias computadoras o dispositivos dentro de una red local (LAN). Su principal función es recibir datos de un dispositivo y retransmitirlos a todos los demás dispositivos conectados al hub. En términos simples, el hub actúa como un «distribuidor» de datos.

Los hubs operan en la capa física del modelo OSI, lo que significa que no tienen la capacidad de interpretar o dirigir el tráfico de manera inteligente. Simplemente reenvían las señales recibidas a todos los puertos a la vez. Si varias computadoras están conectadas a un hub y una de ellas envía datos, todos los dispositivos recibirán esa información, aunque solo uno de ellos es el destinatario.

¿Qué es un Switch?

Por otro lado, un switch es un dispositivo de red más avanzado que también conecta varios dispositivos dentro de una red local. A diferencia del hub, el switch opera en la capa de enlace de datos del modelo OSI. Esto significa que tiene la capacidad de analizar la dirección MAC (Media Access Control) de cada dispositivo conectado y dirigir los datos solo al dispositivo de destino específico.

En lugar de enviar los datos a todos los dispositivos como un hub, el switch crea una «tabla de direcciones MAC» que le permite recordar qué dispositivos están conectados a qué puertos. Cuando un dispositivo envía información, el switch utiliza esta tabla para reenviar los datos solo al puerto correspondiente, reduciendo la congestión y mejorando la eficiencia de la red.

Diferencias clave entre Hub y Switch

1. Modo de Operación:
   • Hub: Reenvía los datos a todos los dispositivos conectados. Si varios dispositivos están activos al mismo tiempo, el tráfico de red puede colapsar debido a la cantidad de datos enviados a todos los puertos.
   • Switch: Dirige los datos solo al dispositivo de destino, lo que mejora la eficiencia de la red al reducir el tráfico innecesario.
2. Rendimiento:
   • Hub: Debido a su forma de operar, los hubs son menos eficientes y tienen un rendimiento más bajo, ya que todos los dispositivos reciben los mismos datos. Esto puede provocar colisiones de datos, especialmente en redes con mucho tráfico.
   • Switch: Los switches tienen un rendimiento superior, ya que solo envían datos al dispositivo adecuado, lo que reduce las colisiones y la congestión de la red.
3. Colisiones:
   • Hub: Los hubs son propensos a colisiones de datos, ya que todos los dispositivos en la red comparten el mismo canal de comunicación. Cuando dos dispositivos intentan enviar datos al mismo tiempo, ocurre una colisión que obliga a retransmitir la información, lo que ralentiza la red.
   • Switch: Los switches minimizan las colisiones porque cada dispositivo tiene su propio canal de comunicación, lo que permite una transferencia de datos más fluida y eficiente.
4. Capacidad de Gestión:
   • Hub: Los hubs son dispositivos «no inteligentes» y no pueden gestionar el tráfico de red. No tienen la capacidad de tomar decisiones sobre qué datos deben enviarse a qué dispositivo.
   • Switch: Los switches son más «inteligentes», ya que tienen la capacidad de analizar y gestionar el tráfico de red. Esto les permite mejorar el rendimiento y reducir el riesgo de colisiones.
5. Costo:
   • Hub: Los hubs son más baratos que los switches debido a su simplicidad y menor capacidad de gestión.
   • Switch: Los switches son más caros debido a su capacidad avanzada de direccionamiento y gestión de tráfico. Sin embargo, el costo adicional se justifica por la mejora en el rendimiento.
6. Escalabilidad:
   • Hub: Los hubs son menos escalables, ya que la red puede volverse congestionada rápidamente si se agregan más dispositivos. A medida que más dispositivos se conectan a un hub, la red experimenta una mayor desaceleración.
   • Switch: Los switches son mucho más escalables, ya que pueden manejar una mayor cantidad de dispositivos sin afectar significativamente el rendimiento de la red.
7. Seguridad:
   • Hub: Los hubs ofrecen menos seguridad, ya que los datos enviados a través del hub son visibles para todos los dispositivos conectados a la red. Cualquier dispositivo conectado al hub puede escuchar el tráfico de la red.
   • Switch: Los switches ofrecen mayor seguridad, ya que los datos solo se envían al dispositivo de destino, lo que reduce el riesgo de que otros dispositivos en la red intercepten información.

¿Cuándo usar un Hub y un Switch?

• Hub:
  • Los hubs todavía se pueden encontrar en algunas redes pequeñas o en situaciones donde el costo es un factor crítico y el tráfico de red es bajo. Son adecuados para redes simples donde la eficiencia y el rendimiento no son factores importantes.
• Switch:
  • Los switches son la opción preferida para la mayoría de las redes modernas debido a su rendimiento superior y capacidad de gestión de tráfico. Son ideales para redes grandes o de alta demanda, donde la eficiencia y la seguridad son fundamentales. Si se planea expandir la red en el futuro, un switch también es la opción más escalable.

Conclusión

Aunque los hubs y los switches pueden parecer dispositivos similares a primera vista, sus diferencias son significativas y tienen un impacto directo en el rendimiento y la eficiencia de una red. Los hubs son adecuados para redes simples con pocos dispositivos, donde el costo es una preocupación importante. Sin embargo, los switches son la opción más avanzada y eficiente para redes más grandes o de alta demanda, donde el rendimiento, la seguridad y la escalabilidad son esenciales.

En general, los switches son el estándar para la mayoría de las redes modernas, mientras que los hubs han quedado obsoletos en muchos entornos debido a sus limitaciones. Al elegir entre un hub y un switch, es importante considerar el tamaño y las necesidades específicas de la red para tomar la mejor decisión.

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Articulo original 2005

Hub

Un HUB tal como dice su nombre es un concentrador. Simplemente une conexiones y no altera las tramas que le llegan. Para entender como funciona veamos paso a paso lo que sucede (aproximadamente) cuando llega una trama.

Visto lo anterior podemos sacar las siguientes conclusiones:

1 – El HUB envía información a ordenadores que no están interesados. A este nivel sólo hay un destinatario de la información, pero para asegurarse de que la recibe el HUB envía la información a todos los ordenadores que están conectados a él, así seguro que acierta.

2 – Este tráfico añadido genera más probabilidades de colisión. Una colisión se produce cuando un ordenador quiere enviar información y emite de forma simultánea que otro ordenador que hace lo mismo. Al chocar los dos mensajes se pierden y es necesario retransmitir. Además, a medida que añadimos ordenadores a la red también aumentan las probabilidades de colisión.

3 – Un HUB funciona a la velocidad del dispositivo más lento de la red. Si observamos cómo funciona vemos que el HUB no tiene capacidad de almacenar nada. Por lo tanto si un ordenador que emite a 100 megabit le trasmitiera a otro de 10 megabit algo se perdería el mensaje. En el caso del ADSL los routers suelen funcionar a 10 megabit, si lo conectamos a nuestra red casera, toda la red funcionará a 10, aunque nuestras tarjetas sean 10/100.

4 – Un HUB es un dispositivo simple, esto influye en dos características. El precio es baratito. El retardo, un HUB casi no añade ningún retardo a los mensajes.

Switch

Cuando hablamos de un switch lo haremos refiriéndonos a uno de nivel 2, es decir, perteneciente a la capa “Enlace de datos”. Normalmente un switch de este tipo no tiene ningún tipo de gestión, es decir, no se puede acceder a él. Sólo algunos switch tienen algún tipo de gestión pero suele ser algo muy simple. Veamos cómo funciona un “switch”.

Puntos que observamos del funcionamiento de los “switch”:

1 – El “switch” conoce los ordenadores que tiene conectados a cada uno de sus puertos (enchufes). Cuando en la especificación del un “switch” leemos algo como “8k MAC address table” se refiere a la memoria que el “switch” destina a almacenar las direcciones.

Un “switch” cuando se enchufa no conoce las direcciones de los ordenadores de sus puertos, las aprende a medida que circula información a través de él. Con 8k hay más que suficiente. Por cierto, cuando un “switch” no conoce la dirección MAC de destino envía la trama por todos sus puertos, al igual que un HUB (“Flooding”, inundación).

Cuando hay más de un ordenador conectado a un puerto de un “switch” este aprende sus direcciones MAC y cuando se envían información entre ellos no la propaga al resto de la red, a esto se llama filtrado.

El tráfico entre A y B no llega a C. Como decía, esto es el filtrado. Las colisiones que se producen entre A y B tampoco afectan a C. A cada parte de una red separada por un “switch” se le llama segmento.

2 – El “switch” almacena la trama antes de reenviarla. A este método se llama “store & forward”, es decir “almacenar y enviar”. Hay otros métodos como por ejemplo “Cut-through” que consiste en recibir los 6 primeros bytes de una trama que contienen la dirección MAC y a partir de aquí ya empezar a enviar al destinatario. “Cut-through” no permite descartar paquetes defectuosos.

Un “switch” de tipo “store & forward” controla el CRC de las tramas para comprobar que no tengan error, en caso de ser una trama defectuosa la descarta y ahorra tráfico innecesario.

El “store & forward” también permite adaptar velocidades de distintos dispositivos de una forma más cómoda, ya que la memoria interna del “switch” sirve de “buffer”. Obviamente si se envía mucha información de un dispositivo rápido a otro lento otra capa superior se encargará de reducir la velocidad.

Finalmente comentar que hay otro método llamado “Fragment-free” que consiste en recibir los primeros 64 bytes de una trama porque es en estos donde se producen la mayoría de colisiones y errores. Así pues cuando vemos que un “switch” tiene 512KB de RAM es para realizar el “store & forward”. Esta RAM suele estar compartida entre todos los puertos, aunque hay modelos que dedican un trozo a cada puerto.

3 – Un “switch” moderno también suele tener lo que se llama “Auto-Negotation”, es decir, negocia con los dispositivos que se conectan a él la velocidad de funcionamiento, 10 megabit ó 100, así como si se funcionara en modo “full-duplex” o “half-duplex”.

“Full-duplex” se refiere a que el dispositivo es capaz de enviar y recibir información de forma simultánea, “half-duplex” por otro lado sólo permite enviar o recibir información, pero no a la vez.

4 – Velocidad de proceso: todo lo anterior explicado requiere que el “switch” tenga un procesador y claro, debe ser lo más rápido posible. También hay un parámetro conocido como “back-plane” o plano trasero que define el ancho de banda máximo que soporta un “switch”.

El “back plane” dependerá del procesador, del número de tramas que sea capaz de procesar. Si hacemos números vemos lo siguiente: 100megabits x 2 (cada puerto puede enviar 100 megabit y enviar 100 más en modo “full-duplex”) x 8 puertos = 1,6 gigabit.

Así pues, un “switch” de 8 puertos debe tener un “back-plane” de 1,6 gigabit para ir bien. Lo que sucede es que para abaratar costes esto se reduce ya que es muy improbable que se produzca la situación de tener los 8 puertos enviando a tope… Pero la probabilidad a veces no es cierta 😉

5 – Si un nodo puede tener varias rutas alternativas para llegar a otro un “switch” tiene problemas para aprender su dirección ya que aparecerá en dos de sus entradas. A esto se le llama “loop” y suele haber una lucecita destinada a eso delante de los “switch”. El protocolo de Spanning Tree Protocol IEEE 802.1d se encarga de solucionar este problema, aunque los “switch” domésticos no suelen tenerlo… No hagáis redondas…

Router
Un router (en español enrutador o encaminador) es un dispositivo hardware o software de interconexión de redes de computadoras que opera en la capa tres (nivel de red) del modelo OSI. Este dispositivo interconecta segmentos de red o redes enteras. Hace pasar paquetes de datos entre redes tomando como base la información de la capa de red.

El router toma decisiones lógicas con respecto a la mejor ruta para el envío de datos a través de una red interconectada y luego dirige los paquetes hacia el segmento y el puerto de salida adecuados. Sus decisiones se basan en diversos parámetros. Una de las más importantes es decidir la dirección de la red hacia la que va destinado el paquete (En el caso del protocolo IP esta sería la dirección IP). Otras decisiones son la carga de tráfico de red en las distintas interfaces de red del router y establecer la velocidad de cada uno de ellos, dependiendo del protocolo que se utilice.

En el ejemplo del diagrama, se muestran 3 redes IP interconectadas por 2 routers. La computadora con el IP 222.22.22.1 envía 2 paquetes, uno para la computadora 123.45.67.9 y otro para 111.11.11.1

A través de sus tablas de enrutamiento configurados previamente, los routers pasan los paquetes para la red o router con el rango de direcciones que corresponde al destino del paquete. Nota: el contenido de las tablas de rutas está simplificado por motivos didácticos. En realidad se utilizan máscaras de red para definir las subredes interconectadas.

Los broadcast, o difusiones, se producen cuando una fuente envía datos a todos los dipositivos de una red. En el caso del protocolo IP, una dirección de broadcast es una dirección compuesta exclusivamente por números unos (1) en el campo del host (para la dirección ip en formato binario de modo que para una máscara de red 255.255.255.0 la dirección de broadcast para la dirección 192.168.0.1 seria la 192.168.0.255 o sea xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.11111111).

Los protocolos de enrutamiento son aquellos protocolos que utilizan los routers o encaminadores para comunicarse entre sí y compartir información que les permita tomar la decisión de cual es la ruta más adecuada en cada momento para enviar un paquete. Los protocolos más usados son RIP (v1 y v2), OSPF (v1, v2 y v3), y BGP (v4), que se encargan de gestionar las rutas de una forma dinámica.

Aunque no es estrictamente necesario que un router haga uso de estos protocolos, pudiéndosele indicar de forma estática las rutas (caminos a seguir) para las distintas subredes que estén conectadas al dispositivo.

Comúnmente los routers se implementan también como puertas de acceso a Internet (por ejemplo un router ADSL), usándose normalmente en casas y oficinas pequeñas. Es correcto utilizar el término router en este caso, ya que estos dispositivos unen dos redes (una red de área local con Internet).

Existe la posibilidad de no utilizar equipos dedicados, opción que puede ser la más adecuada para redes locales o redes con un tráfico limitado, y usar software que implemente los protocolos de red antes mencionados. Para dar funcionalidad de router a un PC con los sistemas operativos GNU/Linux o BSD es suficiente con añadirle al menos dos interfaces de red y activar el soporte de enrutamiento en el kernel.

Tecnología de SWITCH

Un switch es un dispositivo de proposito especial diseñado para resolver problemas de rendimiento en la red, debido a anchos de banda pequeños y embotellamientos. El switch puede agregar mayor ancho de banda, acelerar la salida de paquetes, reducir tiempo de espera y bajar el costo por puerto. Opera en la capa 2 del modelo OSI y reenvia los paquetes en base a la dirección MAC.

El switch segmenta económicamente la red dentro de pequeños dominios de colisiones, obteniendo un alto porcentaje de ancho de banda para cada estación final. No estan diseñados con el proposito principal de un control íntimo sobre la red o como la fuente última de seguridad, redundancia o manejo.

Al segmentar la red en pequeños dominios de colisión, reduce o casi elimina que cada estación compita por el medio, dando a cada una de ellas un ancho de banda
comparativamente mayor.

Tecnología de RUTEADOR

Un ruteador es un dispositivo de proposito general diseñado para segmentar la red, con la idea de limitar tráfico de brodcast y proporcionar seguridad, control y redundancia entre dominios individuales de brodcast, también puede dar servicio de firewall y un acceso económico a una WAN.

El ruteador opera en la capa 3 del modelo OSI y tiene más facilidades de software que un switch. Al funcionar en una capa mayor que la del switch, el ruteador distinge entre los diferentes protocolos de red, tales como IP, IPX, AppleTalk o DECnet. Esto le permite hacer una decisión más inteligente que al switch, al momento de reenviar los paquetes.

El ruteador realiza dos funciones basicas:

1. El ruteador es responsable de crear y mantener tablas de ruteo para cada capa de protocolo de red, estas tablas son creadas ya sea estáticamente o dinámicamente.
De esta manera el ruteador extrae de la capa de red la dirección destino y realiza una decisión de envio basado sobre el contenido de la especificación del protocolo en la tabla de ruteo.

2. La inteligencia de un ruteador permite seleccionar la mejor ruta, basandose sobre diversos factores, más que por la dirección MAC destino. Estos factores pueden incluir la cuenta de saltos, velocidad de la linea, costo de transmisión, retraso y condiciones de tráfico. La desventaja es que el proceso adicional de procesado de frames por un ruteador puede incrementar el tiempo de espera o reducir el desempeño del ruteador cuando se compara con una simple arquitectura de switch.

Donde usar Switch?

Uno de los principales factores que determinan el exito del diseño de una red, es la
habilidad de la red para proporcionar una satisfactoria interacción entre cliente/servidor, pues los usuarios juzgan la red por la rápidez de obtener un prompt y la confiabilidad del servicio.

Hay diversos factores que involucran el incremento de ancho de banda en una LAN:

•El elevado incremento de nodos en la red.
•El continuo desarrollo de procesadores mas rápidos y poderosos en estaciones de
trabajo y servidores.
•La necesidad inmediata de un nuevo tipo de ancho de banda para aplicaciones
intensivas cliente/servidor.
•Cultivar la tendencia hacia el desarrollo de granjas centralizadas de servidores para
facilitar la administración y reducir el número total de servidores.

La regla tradicional 80/20 del diseño de redes, donde el 80% del tráfico en una LAN
permanece local, se invierte con el uso del switch.

Los switches resuelven los problemas de anchos de banda al segmentar un dominio de colisiones de una LAN, en pequeños dominios de colisiones.

En la figura la segmentación casi elimina el concurso por el medio y da a cada estación final más ancho de banda en la LAN.

Donde usar un ruteador?

Las funciones primarias de un ruteador son:

•Segmentar la red dentro de dominios individuales de brodcast.
•Suministrar un envió inteligente de paquetes.
•Soportar rutas redundantes en la red.

Aislar el tráfico de la red ayuda a diagnosticar problemas, puesto que cada puerto del ruteador es una subred separada, el tráfico de los brodcast no pasaran a través del ruteador.

Otros importantes beneficios del ruteador son:

• Proporcionar seguridad a través de sotisficados filtros de paquetes, en ambiente LAN y WAN.
• Consolidar el legado de las redes de mainframe IBM, con redes basadas en PCs a través del uso de Data Link Switching (DLSw).
• Permitir diseñar redes jerárquicas, que deleguen autoridad y puedan forzar el manejo local de regiones separadas de redes internas.
• Integrar diferentes tecnologías de enlace de datos, tales como Ethernet, Fast Ethernet, Token Ring, FDDI y ATM.

Segmentando con Switches y Ruteadores

Probablemente el área de mayor confusión sobre switch y ruteador, es su habilidad para segmentar la red y operar en diferentes capas del modelo OSI, permitiendo asi, un tipo único de diseño de segmentación.

Segmentando LANs con Switch.

Podemos definir una LAN como un dominio de colisiones, donde el switch esta diseñado para segmentar estos dominios en dominios más pequeños. Puede ser ventajoso, pues reduce el número de estaciones a competir por el medio.

En la figura cada dominio de colisión representa un ancho de banda de 10 Mbps, mismo que es compartido por todas las estaciones dentro de cada uno de ellos.

Aquí el switch incrementa dramáticamente la eficiencia, agregando 60 Mbps de ancho de banda.

Es importante notar que el tráfico originado por el broadcast en un dominio de colisiones, será reenviado a todos los demás dominios, asegurando que todas las estaciones en la red se Segmentando Subredes con Ruteadores.

Una subred es un puente o un switch compuesto de dominios de broadcast con dominios individuales de colisión. Un ruteador esta diseñado para interconectar y definir los limites de los dominios de broadcast.

Seleccionando un Switch o un Ruteador para Segmentar

Al trabajar un ruteador en la capa 3 del modelo OSI, puede también ejecutar funciones de la capa 2, es decir el ruteador crea dominios de broadcast y de colisiones separados en cada interface. Esto sígnifica que tanto el switch como el ruteador pueden usarse para segmentar una LAN y adicionar ancho de banda.

Entonces, cual es la selección más óptima para el diseño de la red?

• Si la aplicación requiere soporte para rutas redundantes, envió inteligente de
paquetes o acceso a la WAN, se debe seleccionar un ruteador.
• Si la aplicación sólo requiere incrementar ancho de banda para descongestionar el
tráfico, un switch probablemente es la mejor selección.

Dentro de un ambiente de grupos de trabajo, el costo interviene en la decisión de instalar un switch o un ruteador y como el switch es de propósito general tiene un bajo costo por puerto en comparación con el ruteador.

Además el diseño de la red determina cuales son otros requerimientos ( redundancia, seguridad o limitar el tráfico de broadcast) que justifique el gasto extra y la complejidad de instalar un ruteador dentro de dicho ambiente.

Autores: Wily001 y mda_caz para trucoswindows.net