Arquitectura de la LAN conmutada

.1 Arquitectura de la LAN conmutada

1.1.1 Modelo de redes jerárquicas

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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 interactúa con dispositivos finales, como PC, impresoras y teléfonos IP, para proporcionar acceso al resto de la red. La capa de acceso puede incluir routers, switches, puentes, hubs y puntos de acceso inalámbricos (AP). 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.

Desplace el mouse sobre el botón ACCESO en la figura.

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 dividir en segmentos 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.

Desplace el mouse sobre el botón DISTRIBUCIÓN en la figura.

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.

Desplace el mouse por el botón NÚCLEO en la figura.

Nota: En redes más pequeñas, no es inusual que se implemente un modelo de núcleo colapsado, en el que se combinan la capa de distribución y la capa núcleo en una capa.

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Una red jerárquica en una empresa mediana

Examinemos un modelo de red jerárquica aplicada a una empresa. En la figura, las capas de acceso, de distribución y núcleo se encuentran separadas en jerarquías bien definidas. Esta representación lógica contribuye a que resulte fácil ver qué switches desempeñan qué función. Es mucho más difícil ver estas capas jerárquicas cuando la red se instala en una empresa.

Haga clic en el botón Distribución Física en la figura.

La figura muestra dos pisos de un edificio. Las computadoras del usuario y los dispositivos de la red que necesitan acceso a la misma se encuentran en un piso. Los recursos, como servidores de correo electrónico y servidores de bases de datos, se ubican en otro piso. Para asegurar que cada piso tenga acceso a la red, se instalan la capa de acceso y los switches de distribución en los armarios para el cableado de cada piso y se conectan a todos los dispositivos que necesitan acceso a la red. La figura muestra un pequeño bastidor de switches. El switch de la capa de acceso y el switch de la capa de distribución se encuentran apilados uno sobre el otro en el armario para el cableado.

Aunque no se muestran los switches de la capa núcleo y otros switches de la capa de distribución, es posible observar cómo la distribución física de una red difiere de la distribución lógica.

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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 mismo 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 de acceso 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 intermediarios de 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, hay menos 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 hacia 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 porque presumiblemente cumplen las mismas funciones. 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.

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