CAPITULO I – “DISEÑO DE LAN”

ARQUITECTURA DE LA LAN CONMUTADA.- 1.1.1   
 MODELO DE REDES JERÁRQUICAS.- La construcción de una LAN que satisfaga las necesidades de empresas pequeñas o medianas tiene más probabilidades de ser exitosa si se utiliza un modelo de diseño jerárquico. En comparación con otros diseños de redes, una red jerárquica se administra y expande con más facilidad y los problemas se resuelven con mayor rapidez.
El diseño de redes jerárquicas implica la división de la red en capas independientes. Cada capa cumple funciones específicas que definen su rol dentro de la red general. La separación de las diferentes funciones existentes en una red hace que el diseño de la red se vuelva modular y esto facilita la escalabilidad y el rendimiento. El modelo de diseño jerárquico típico se separa en tres capas: capa de acceso, capa de distribución y capa núcleo. Un ejemplo de diseño de red jerárquico de tres capas se observa en la figura.
Capa de acceso
La capa de acceso hace interfaz con dispositivos finales como las PC, impresoras y teléfonos IP, para proveer acceso al resto de la red. Esta capa de acceso puede incluir routers, switches, puentes, hubs y puntos de acceso inalámbricos. El propósito principal de la capa de acceso es aportar un medio de conexión de los dispositivos a la red y controlar qué dispositivos pueden comunicarse en la red.
Capa de distribución
La capa de distribución agrega los datos recibidos de los switches de la capa de acceso antes de que se transmitan a la capa núcleo para el enrutamiento hacia su destino final. La capa de distribución controla el flujo de tráfico de la red con el uso de políticas y traza los dominios de broadcast al realizar el enrutamiento de las funciones entre las LAN virtuales (VLAN) definidas en la capa de acceso. Las VLAN permiten al usuario segmentar el tráfico sobre un switch en subredes separadas. Por ejemplo, en una universidad el usuario podría separar el tráfico según se trate de profesores, estudiantes y huéspedes. Normalmente, los switches de la capa de distribución son dispositivos que presentan disponibilidad y redundancia altas para asegurar la fiabilidad. Aprenderá más acerca de las VLAN, los dominios de broadcast y el enrutamiento entre las VLAN, posteriormente en este curso.
Capa núcleo
La capa núcleo del diseño jerárquico es la backbone de alta velocidad de la internetwork. La capa núcleo es esencial para la interconectividad entre los dispositivos de la capa de distribución, por lo tanto, es importante que el núcleo sea sumamente disponible y redundante. El área del núcleo también puede conectarse a los recursos de Internet. El núcleo agrega el tráfico
de todos los dispositivos de la capa de distribución, por lo tanto debe poder reenviar grandes cantidades de datos rápidamente.
Beneficios de una red jerárquica Existen muchos beneficios asociados con los diseños de la red jerárquica. Escalabilidad
Las redes jerárquicas escalan muy bien. La modularidad del diseño le permite reproducir exactamente los elementos del diseño a medida que la red crece. Debido a que cada instancia del módulo es consistente, resulta fácil planificar e implementar la expansión. Por ejemplo, si el modelo del diseño consiste en dos switches de la capa de distribución por cada 10 switches de la capa de acceso, puede continuar agregando switches de la capa de acceso hasta tener 10 switches de la capa de acceso interconectados con los dos switches de la capa de distribución antes de que necesite agregar switches adicionales de la capa de distribución a la topología de la red. Además, a medida que se agregan más switches de la capa de distribución para adaptar la carga de los switches de la capa de acceso, se pueden agregar switches adicionales de la capa núcleo para manejar la carga adicional en el núcleo.
Beneficios de una red jerárquica Existen muchos beneficios asociados con los diseños de la red jerárquica. Escalabilidad
Las redes jerárquicas escalan muy bien. La modularidad del diseño le permite reproducir exactamente los elementos del diseño a medida que la red crece. Debido a que cada instancia del módulo es consistente, resulta fácil planificar e implementar la expansión. Por ejemplo, si el modelo del diseño consiste en dos switches de la capa de distribución por cada 10 switches de la capa de acceso, puede continuar agregando switches de la capa de acceso hasta tener 10 switches de la capa de acceso interconectados con los dos switches de la capa de distribución antes de que necesite agregar switches adicionales de la capa de distribución a la topología de la red. Además, a medida que se agregan más switches de la capa de distribución para adaptar la carga de los switches de la capa de acceso, se pueden agregar switches adicionales de la capa núcleo para manejar la carga adicional en el núcleo.
Redundancia
A medida que crece una red, la disponibilidad se torna más importante. Puede aumentar radicalmente la disponibilidad a través de implementaciones redundantes fáciles con redes jerárquicas. Los switches de la capa deacceso se conectan con dos switches diferentes de la capa de distribución para asegurar la redundancia de la ruta. Si falla uno de los switches de la capa de distribución, el switch de la capa de acceso puede conmutar al otro switch de la capa de distribución. Adicionalmente, los switches de la capa de distribución se conectan con dos o más switches de la capa núcleo para asegurar la disponibilidad de la ruta si falla un switch del núcleo. La única capa en donde se limita la redundancia es la capa de acceso. Habitualmente, los dispositivos de nodo final, como PC, impresoras y teléfonos IP, no tienen la capacidad de conectarse con switches múltiples de la capa de acceso para redundancia. Si falla un switch de la capa de acceso, sólo se verían afectados por la interrupción los dispositivos conectados a ese switch en particular. El resto de la red continuaría funcionando sin alteraciones.
Rendimiento
El rendimiento de la comunicación mejora al evitar la transmisión de datos a través de switches intermediariosde bajo rendimiento. Los datos se envían a través de enlaces del puerto del switch agregado desde la capa de acceso a la capa de distribución casi a la velocidad de cable en la mayoría de los casos. Luego, la capa de distribución utiliza sus capacidades de conmutar el alto rendimiento para reenviar el tráfico hasta el núcleo, donde se enruta hacia su destino final. Debido a que las capas núcleo y de distribución realizan sus operaciones a velocidades muy altas, no existe contención para el ancho de banda de la red. Como resultado, las redes jerárquicas con un diseño apropiado pueden lograr casi la velocidad de cable entre todos los dispositivos.
Seguridad
La seguridad mejora y es más fácil de administrar. Es posible configurar los switches de la capa de acceso con varias opciones de seguridad del puerto que proveen control sobre qué dispositivos se permite conectar a la red. Además, se cuenta con la flexibilidad de utilizar políticas de seguridad más avanzadas en la capa de distribución. Puede aplicar las políticas de control de acceso que definen qué protocolos de comunicación se implementan en su red y dónde se les permite dirigirse. Por ejemplo, si desea limitar el uso de HTTP a una comunidad de usuarios específica conectada a la capa de acceso, podría aplicar una política que bloquee el tráfico de HTTP en la capa de distribución. La restricción del tráfico en base a protocolos de capas más elevadas, como IP y HTTP, requiere que sus switches puedan procesar las políticas en esa capa. Algunos switches de la capa de acceso admiten la funcionalidad de la Capa 3, pero en general es responsabilidad de los switches de la capa de distribución procesar los datos de la Capa 3, porque pueden procesarlos con mucha más eficacia.
Facilidad de administración
La facilidad de administración es relativamente simple en una red jerárquica. Cada capa del diseño jerárquico cumple funciones específicas que son consistentes en toda esa capa. Por consiguiente, si necesita cambiar la funcionalidad de un switch de la capa de acceso, podría repetir ese cambio en todos los switches de la capa de acceso en la red porque presumiblemente cumplen las mismas funciones en su capa. La implementación de switches nuevos también se simplifica porque se pueden copiar las configuraciones del switch entre los dispositivos con muy pocas modificaciones. La consistencia entre los switches en cada capa permite una recuperación rápida y la simplificación de la resolución de problemas. En algunas situaciones especiales, podrían observarse inconsistencias de configuración entre los dispositivos, por eso debe asegurarse de que las configuraciones se encuentren bien documentadas, de manera que pueda compararlas antes de la implementación.
Capacidad de mantenimiento
Debido a que las redes jerárquicas son modulares en naturaleza y escalan con mucha facilidad, son fáciles de mantener. Con otros diseños de la topología de la red, la administración se torna altamente complicada a medida que la red crece. También, en algunos modelos de diseños de red, existe un límite en cuanto a la extensión del crecimiento de la red antes de que se torne demasiado complicada y costosa de mantener. En el modelo del diseño jerárquico se definen las funciones de los switches en cada capa haciendo que la selección del switch correcto resulte más fácil. La adición de switches a una capa no necesariamente significa que se evitará un cuello de botella u otra limitación en otra capa. Para que una topología de red de malla completa alcance el rendimiento máximo, es necesario que todoslos switches sean de alto rendimiento porque es fundamental que cada switch pueda cumplir todas las funciones en la red. En el modelo jerárquico, las funciones de los switches son diferentes en cada capa. Se puede ahorrar dinero con el uso de switches de la capa de acceso menos costosos en la capa inferior y gastar más en los switches de la capa de distribución y la capa núcleo para lograr un rendimiento alto en la red.
RINCIPIOS DE DISEÑO DE REDES JERÁRQUICAS.- Principios de diseño de redes jerárquicas
Sólo porque aparentemente una red presenta un diseño jerárquico, no significa que la red esté bien diseñada. Estas guías simples le ayudan a diferenciar entre redes jerárquicas con un buen diseño y las que presentan un diseño deficiente. La intención de esta sección no es proporcionarle todas las destrezas y el conocimiento que necesita para diseñar una red jerárquica sino ofrecerle una oportunidad de comenzar a practicar sus destrezas a través de la transformación de una topología de red plana en una topología de red jerárquica.
Diámetro de la red
Al diseñar una topología de red jerárquica, lo primero que debe considerarse es el diámetro de la red. Con frecuencia, el diámetro es una medida de distancia pero en este caso se utiliza el término para medir el número de dispositivos. El diámetro de la red es el número de dispositivos que un paquete debe cruzar antes de alcanzar su destino. Mantener bajo el diámetro de la red asegura una latencia baja y predecible entre los dispositivos.
Redundancia
La redundancia es una parte de la creación de una red altamente disponible. Se puede proveer redundancia de varias maneras. Por ejemplo, se pueden duplicar las conexiones de red entre los dispositivos o se pueden duplicar los propios dispositivos. Este capítulo explora cómo emplear rutas de redes redundantes entre los switches. Un análisis de la duplicación de los dispositivos de red y del empleo de protocolos especiales de red para asegurar una alta disponibilidad excede el alcance de este curso. Para acceder a un análisis interesante acerca de la alta disponibilidad, visite: http://www.cisco.com/en/US/products/ps6550/products_ios_technology_home.html.
La implementación de los enlaces redundantes puede ser costosa. Imagine que cada switch en cada capa de la jerarquía de la red tiene una conexión con cada switch de la capa siguiente. Es improbable que sea capaz de implementar la redundancia en la capa de acceso debido al costo y a las características limitadas en los dispositivos finales pero puede crear redundancia en las capas de distribución y núcleo de la red.
1.1.3    ¿QUÉ ES UNA RED CONVERGENTE?.- Las empresas pequeñas y medianas adoptan la idea de ejecutar servicios de voz y video en sus redes de datos. Observemos cómo la voz y el video sobre IP (VoIP) afectan una red jerárquica.
Equipos heredados
La convergencia es el proceso de combinación de las comunicaciones con voz y video en una red de datos. Las redes convergentes han existido durante algún tiempo pero sólo fueron factibles en grandes organizaciones empresariales debido a los requisitos de infraestructura de la red y a la compleja administración necesaria para hacer que dichas redes funcionen en forma continua.
RELACIÓN ENTRE SWITCHES Y LAS FUNCIONES DE LA LAN.- 1.2.1    CONSIDERACIONES PARA LOS SWITCHES DE REDES JERÁRQUICAS.- Análisis de flujo de tráfico
Para seleccionar el switch apropiado para una capa en una red jerárquica, es necesario contar con especificaciones que detallen los flujos de tráfico objetivo, las comunidades de usuario, los servidores de datos y los servidores de almacenamiento de datos.
Las empresas necesitan una red que pueda satisfacer los requerimientos del desarrollo. Una empresa puede comenzar con algunas PC interconectadas de manera que puedan compartir datos. A medida que la empresa contrata más empleados, los dispositivos, como PC, impresoras y servidores, se agregan a lared. La incorporación de los nuevos dispositivos implica un aumento en el tráfico de la red. Algunas compañías reemplazan sus sistemas telefónicos existentes por sistemas telefónicos VoIP convergentes, lo que agrega un tráfico adicional.
Diagramas de topología
Un diagrama de topología es una representación gráfica de la infraestructura de una red. Un diagrama de topología muestra cómo se interconectan todos los switches e incluye detalles de qué puerto del switch interconecta los dispositivos. Un diagrama de topología muestra de forma gráfica toda ruta redundante o todos los puertos agregados entre los switches que aportan resiliencia y rendimiento. Demuestra dónde y cuántos switches están en uso en su red, así como también identifica su configuración. Los diagramas de topología también pueden contener información acerca de las densidades de los dispositivos y de las comunidades de usuarios. Al tener un diagrama de topología, se pueden identificar visualmente los potenciales cuellos de botella en un tráfico de red de manera que se pueda centrar la recopilación de datos del análisis de tráfico en áreas en las que las mejoras pueden ejercer el impacto más significativo en el rendimiento.
CARACTERÍSTICAS DE LOS SWITCHES.- Factores de forma de los switches ¿Cuáles son las características clave de los switches que se utilizan en las redes jerárquicas? Al buscar las especificaciones para un switch, ¿Qué significan todos los acrónimos y las frases? ¿Qué significa "PoE" y qué es "tasa de reenvío"? En este tema aprenderá sobre estas características.
Al seleccionar un switch se necesita decidir entre una configuración fija o una configuración modular y entre apilable y no apilable. Otra consideración es el grosor del switch expresado en cantidad de bastidores. Por ejemplo, los Switches de configuración fija que se muestran en la figura son todos de 1 bastidor (1U). Con frecuencia estasopciones se denominan factores de forma del switch.
Switches de configuración fija Los switches de configuración fija son sólo lo que podría esperarse: fijos en su configuración. Esto significa que no se pueden agregar características u opciones al switch más allá de las que originalmente vienen con el switch. El modelo en particular que se compra determina las características y opciones disponibles. Por ejemplo, si se adquiere un switch fijo gigabit de 24 puertos, no se pueden agregar puertos cuando se les necesite. Habitualmente, existen diferentes opciones de configuración que varían en cuanto al número y al tipo de puertos incluidos.
Switches modulares Los switches modulares ofrecen más flexibilidad en su configuración. Habitualmente, los switches modulares vienen con chasis de diferentes tamaños que permiten la instalación de diferentes números de tarjetas de línea modulares. Las tarjetas de línea son las que contienen los puertos. La tarjeta de línea se ajusta al chasis del switch de igual manera que las tarjetas de expansión se ajustan en la PC. Cuanto más grande es el chasis, más módulos puede admitir. Como se observa en la figura, es posible elegir entre muchos tamaños de chasis diferentes. Si se compró un switch modular con una tarjeta de línea de 24 puertos, con facilidad se podría agregar una tarjeta de línea de 24 puertos para hacer que el número de puertos ascienda a 48.
Switches apilables Los switches apilables pueden interconectarse con el uso de un cable especial del backplane que otorgarendimiento de ancho de banda entre los switches. Cisco introdujo la tecnología StackWise en una de sus líneas de productos con switches. StackWise permite interconectar hasta nueve switches con el uso de conexiones backplane totalmente redundantes. Como se observa en la figura, los switches están apilados uno sobre el otro y los cables conectan los switches en forma de cadena margarita. Los switches apilados operan con efectividad como un único switch más grande. Los switches apilables son convenientes cuando la tolerancia a fallas y la disponibilidad de ancho de banda son críticas y resulta costoso implementar un switch modular. El uso de conexiones cruzadas hace que la red pueda recuperarse rápidamente si falla un único switch. Los switches apilables utilizan un puerto especial para las interconexiones y no utilizan puertos de línea para las conexiones inter switches. Asimismo, las velocidades son habitualmente más rápidas que cuando se utilizan puertos de línea para la conexión de switches.