Principios de diseño de redes jerárquicas

El hecho de que una red siga un diseño jerárquico no conlleva necesariamente que la red esté bien diseñada. A continuación se verán varios aspectos que ayudarán a diferenciar entre una red jerárquica bien diseñada y una con un diseño deficiente.

Diámetro de la red

El diámetro de la red es lo primero que debe considerarse al diseñar una red jerárquica. Hace referencia al número de dispositivos que un paquete debe cruzar para llegar a su destino. Manteniendo bajo el diámetro se consigue una latencia baja y predecible entre

los dispositivos. Se entiende como latencia el tiempo que tarda un dispositivo en procesar un paquete o trama.

En una red jerárquica la segmentación de la capa de distribución elimina el diámetro de la red. Además, en estas redes el diámetro de la red será un número predecible de saltos entre el dispositivo origen y el destino.

Figura 6. Diámetro de una red

Agregado de ancho de banda

El agregado de ancho de banda consiste en considerar los requisitos de ancho de banda específicos de cada parte de la jerarquía. Una vez que dichos requisitos sean conocidos, es posible agregar enlaces entre switches específicos, lo cual se denomina agregado de enlaces. Mediante el agregado de enlaces se pueden combinar los enlaces de puerto de los switches múltiples para mejorar el rendimiento entre los switches.

En la figura 7 se ven los enlaces agregados necesarios si se quisiera aumentar el ancho de banda de los switches S1, S3 y S5 de la capa de acceso. Estos enlaces están representados por dos líneas de puntos con un óvalo que las relaciona.

Redundancia

Uno de los métodos usados para crear una red con alta disponibilidad es la redundancia. Para conseguirla se puede tanto duplicar las conexiones de red entre los dispositivos como duplicar los dispositivos. La primera de estas dos opciones puede ser costosa, y se puede dar en las capas de distribución y de núcleo. En la capa de acceso es poco probable que se tengan enlaces duplicados debido a su coste y a las características limitadas en los dispositivos finales.

El número mínimo de switches necesarios para poder implementar redundancia en cada capa es dos. La red funcionará de forma que si un switch de la capa de distribución falla, el switch redundante tomará su lugar, de manera que el switch de la capa de acceso ajusta su ruta de transmisión por el nuevo switch de la capa de distribución y reenvía el tráfico.

Comience en la capa de acceso

Para realizar el diseño de una nueva red hay que tener en cuenta el fin comercial de la organización para la que se diseñará la red para determinar los requisitos de diseño, el nivel de rendimiento o la redundancia. Una vez se tengan los requisitos de diseño se puede empezar a seleccionar el equipo y la infraestructura para implementar el diseño. El equipo de la capa de acceso debe adaptarse a todos los dispositivos finales de la red que necesiten acceso a la misma. Así, se elegirán los switches que formarán parte de la capa de acceso. Teniendo en cuenta dichos switches y el tráfico estimado que cada uno genera, se puede estimar los switches necesarios en la capa de distribución para lograr el rendimiento y la redundancia necesarios. Tras ello, teniendo en cuenta los switches de la capa de distribución, se podrá saber el número de switches necesarios en el núcleo.

2.2.7. ¿Qué es una red convergente?

Una red convergente es aquella en la que se combinan las comunicaciones con voz y vídeo en una red de datos. Antes se encontraban pocas redes convergentes debido a su alto coste y a su compleja administración. Sin embargo, en la actualidad, gracias a las mejoras tecnológicas las redes convergentes se han extendido más, incluyendo pequeñas y medianas empresas. Además, se ha facilitado la implementación y administración de la convergencia. Por otra parte, el coste de este tipo de redes ha bajado.

Puede ser difícil que una empresa que ya posea redes de voz, vídeo y datos por separado quiera realizar un cambio para tener una red convergente. Sin embargo, las redes convergentes presentan las siguientes ventajas frente a las no convergentes:

 Sólo se administra una red. En las redes no convergentes se deben coordinar los cambios en las diferentes redes.

 El coste de implementación y administración es menor en las redes convergentes. El coste disminuye debido a que sólo es necesaria la implementación de la infraestructura de una red en lugar de la de varias redes. También es menos costosa la administración de una red que la de varias. En redes no convergentes es necesario un equipo para administrar cada red, mientras que en redes convergentes un sólo equipo administrará toda la red.

Gracias a las redes convergentes se pueden tener las comunicaciones de voz y vídeo en el ordenador de un empleado usando un software integrado, en lugar de tener un equipo específico para ello. Si una empresa ya utiliza el software en vez de teléfonos físicos, podrá realizar el cambio a una red convergente de una forma más rápida, ya que no se necesita conseguir los teléfonos IP y los switches para los mismos. El software que se usa en los ordenadores de los empleados se conoce como telesoftware.

Mediante el uso de una red jerárquica bien diseñada y la implementación de políticas de QoS que dan prioridad a los datos de audio, los datos de voz se pueden converger en una red de datos existente sin dañar la calidad del audio.

Hay que tener en cuenta que las videoconferencias pueden consumir un ancho de banda notable. Por otra parte, cuando se tiene una red bien diseñada y unas políticas de calidad de servicio que dan prioridad a los datos de vídeo, estos datos pueden converger en una red de datos existente sin dañar la calidad del vídeo.

En la actualidad se pueden incluir las comunicaciones por voz, vídeo y datos al mismo tiempo en una red gracias a la existencia de una red jerárquica con el diseño apropiado donde pueden converger.

2.2.8. Consideraciones para los switches de redes jerárquicas

Para elegir los switches de cada capa en las redes jerárquicas se deben tener en cuenta varios aspectos, como son el flujo de tráfico objetivo, las comunidades de usuario, los servidores de datos y los de almacenamiento de datos.

Análisis de flujo de tráfico

Es necesario elegir switches en las capas de acceso, distribución y núcleo que sean capaces de adaptarse a los requerimientos del ancho de banda de red, teniendo en cuenta tanto las necesidades actuales como las futuras (incorporaciones de más equipos finales, cambiar teléfonos por sistemas telefónicos VoIP). Los análisis del flujo de tráfico pueden ayudar a elegir los switches apropiados, por lo que conviene realizarlos con regularidad y registrar los resultados.

El análisis del flujo de tráfico consiste en medir el uso de ancho de banda en una red y el análisis de datos. Así, se obtienen ajustes del rendimiento, planificación de la capacidad y toma de decisiones para mejorar el hardware. Este análisis de hace con un software específico para ello. En estos análisis de entiende como tráfico de la red a la cantidad de datos, con independencia de su propósito u origen, que se envían en un tiempo determinado.

Los datos obtenidos mediante el análisis se pueden utilizar para saber hasta cuándo se pueden usar los equipos de una red antes de que sea necesario actualizarlos. Cuando se elija un switch nuevo hay que tener en cuenta las densidades de puerto y las tasas de reenvío.

Se puede controlar el flujo de tráfico de una red controlando manualmente los puertos individuales de cada switch, obteniendo así el uso del ancho de banda con el tiempo. Para tener los datos de los análisis se puede realizar tanto mediante registros manuales de dichos datos como con herramientas automatizadas.

Herramientas de análisis

Las herramientas de análisis para el flujo de tráfico sirven para registrar de forma automática en una base de datos los datos obtenidos y hacer un análisis de tendencias. En redes grandes este método es el único eficaz para realizar los análisis. Mediante estas herramientas se puede saber cómo trabaja cada interfaz en un tiempo determinado, así como observar los posibles problemas de la red.

Análisis de las comunidades de usuarios

Consiste en la identificación de los grupos de usuarios, así como su influencia en el rendimiento de la red. Estos grupos afectan a la densidad de puerto y el flujo de tráfico. La agrupación de usuarios se hace según la función que realice cada uno.

Se debe tener en cuenta las posibles ampliaciones futuras de los grupos a la hora de elegir los switches.

Crecimiento futuro

Para poder predecir las posibles ampliaciones futuras comentadas anteriormente es útil tener la tasa de crecimiento de personal durante un tiempo determinado. Así, se pueden elegir switches teniendo en cuenta dichas ampliaciones.

Además del número de dispositivos por switch, se debe examinar el tráfico de red generado por las aplicaciones de los usuarios finales. Mientras que unas comunidades de usuarios generan mucho tráfico, otras no lo hacen. Midiendo el tráfico de red que generan todas las aplicaciones en uso por las diferentes comunidades de usuarios y teniendo el origen de los datos se puede saber cuál será el efecto de sumar más usuarios a esa comunidad.

Ubicando a los usuarios cerca de los servidores que utilizan y de sus medios de almacenamiento de datos se puede reducir el diámetro de la red para sus comunicaciones, así como el impacto de su tráfico a través del resto de la red.

Análisis de los medios de almacenamiento de datos y de los servidores de datos

Al realizar el análisis del tráfico en una red se debe considerar tanto dónde se ubican los medios de almacenamiento como los servidores de datos, pudiendo así determinar el impacto del tráfico en la red. Los medios de almacenamiento de datos pueden ser servidores, redes de almacenamiento de datos (SAN), almacenamiento adjunto a redes (NAS), unidades de copia de respaldo en cinta o cualquier dispositivo o componente donde se almacenen grandes cantidades de datos.

Se tiene que tener en cuenta el tráfico según el modelo cliente-servidor y el tráfico entre servidor y servidor. En el primer caso el cliente accede a los datos de los medios de almacenamiento o de los servidores de datos atravesando varios switches para llegar al destino. Para eliminar cuellos de botella en el modelo cliente-servidor se tiene que considerar el agregado de ancho de banda y las tasas de reenvío del switch.

En el caso en el que la comunicación se produce entre servidores el tráfico es el generado entre los dispositivos de almacenamiento de datos en la red. Los servidores que necesiten acceso frecuente a unos recursos determinados deben colocarse próximos a estos para que el tráfico que generan no afecte al rendimiento del resto de la red. Los medios de almacenamiento de datos y los servidores de datos están en los centros de datos en las empresas. Un centro de datos es el área donde están los servidores, los medios de almacenamiento de datos y otros dispositivos. Debido a que el tráfico entre los switches del centro de datos es muy alto, deben tener un rendimiento más alto que los switches de los armarios de cableado de la capa de acceso.

Ciertas aplicaciones de algunas comunidades de usuarios pueden verse afectadas por los cuellos de botella en la red. Para mejorar el rendimiento se puede tanto agregar enlaces para adaptarse al ancho de banda como cambiar los switches más lentos por otros más rápidos que puedan trabajar correctamente con la carga del tráfico de la red.

Diagramas de topología

Un diagrama de topología es una representación gráfica de la infraestructura de una red, en la que se ven las interconexiones de los switches. Indica qué puerto de cada switch interconecta los dispositivos. También muestra la redundancia y los puertos agregados entre los switches. Por otra parte, también muestra cuántos switches se usan en la red y dónde se hace, así como sus configuraciones. Estos diagramas contienen información de las densidades de dispositivos y las comunidades de usuario. Permiten identificar los cuellos de botella. Por último, estos diagramas muestran dónde están los servidores y los medios de almacenamiento de datos.

Figura 8. Diagrama de topología