Rediseño e implementación de la red LAN para la locación “La Palma” de la Corporación Eléctrica del Ecuador CELEC EP, unidad de negocio Hidrotoapi

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(1)ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL (Arial negrilla 24). FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA (Arial negrilla 16). REDISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE LA RED LAN PARA LA LOCACIÓN “LA PALMA” DE LA CORPORACIÓN ELÉCTRICA DEL ECUADOR CELEC EP, UNIDAD DE NEGOCIO HIDROTOAPI (Arial negrilla 14). TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO EN “ELECTRÓNICA Y CONTROL” (Arial negrilla 12). CRISTINA ALEXANDRA PAZMIÑO ARMIJOS [email protected]. DIRECTOR: DR.-ING. MARCELO POZO P. [email protected]. 2019.

(2) AVAL. Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Cristina Alexandra Pazmiño Armijos, bajo mi supervisión.. DR.-ING. MARCELO POZO P. DIRECTOR DEL TRABAJO DE TITULACIÓN. I.

(3) DECLARACIÓN DE AUTORÍA. Yo, Cristina Alexandra Pazmiño Armijos, declaro bajo juramento que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentada para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento. A través de la presente declaración cedo mis derechos de propiedad intelectual correspondientes a este trabajo, a la Escuela Politécnica Nacional, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normatividad institucional vigente.. CRISTINA ALEXANDRA PAZMIÑO ARMIJOS. II.

(4) DEDICATORIA. Este trabajo de titulación está dedicado a mis padres.. III.

(5) AGRADECIMIENTO. Mis agradecimientos van para mi familia, mis maestros, mis mascotas y a la música, pues todos desempeñaron un papel fundamental dentro de mi formación personal y profesional y sin los cuales no estaría en el lugar que me encuentro. Un agradecimiento especial para el Director de este trabajo de titulación, por su comprensión, presión, guía y apoyo, que en gran parte fueron responsables de la materialización de este logro.. IV.

(6) ÍNDICE DE CONTENIDO. AVAL ....................................................................................................................... I DECLARACIÓN DE AUTORÍA............................................................................... II DEDICATORIA ...................................................................................................... III AGRADECIMIENTO .............................................................................................. IV ÍNDICE DE CONTENIDO ....................................................................................... V RESUMEN ............................................................................................................ VI ABSTRACT .......................................................................................................... VII 1. INTRODUCCIÓN ............................................................................................. 1 1.1. Objetivos ................................................................................................... 2. 1.2. Alcance ..................................................................................................... 2. 1.3. Marco Teórico ........................................................................................... 3. 2. METODOLOGÍA ............................................................................................ 29 2.1. Situación inicial de la infraestructura de CELEC EP HIDROTOAPI ........ 30. 2.2. Diseño de la solución .............................................................................. 39. 2.3. Implementación y configuración .............................................................. 70. 3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN .................................................................... 100 3.1. Pruebas de funcionamiento................................................................... 100. 3.2. Análisis de resultados ........................................................................... 104. 3.3. Medición de la satisfacción del cliente interno ...................................... 114. Red de área local (LAN) .................................................................................. 120 Red de área local inalámbrica (WLAN) ........................................................... 121 4. CONCLUSIONES ........................................................................................ 124 5. RECOMENDACIONES ................................................................................ 125 6. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................ 126 7. ANEXOS ...................................................................................................... 128 ANEXO I. ............................................................................................................ 129 ANEXO II ............................................................................................................ 137 ANEXO III ........................................................................................................... 147 ANEXO IV .......................................................................................................... 148 ORDEN DE EMPASTADO ................................................................................. 162. V.

(7) RESUMEN. La Corporación Eléctrica del Ecuador está encargada de la generación y transmisión de energía en el Ecuador. Esta empresa pública está formada por 14 unidades de negocio, cuyos lineamientos generales son impartidos por Matriz. Las redes de área local de cada unidad son administradas de manera independiente, pero están interconectadas a la red de área extendida de la Corporación. CELEC EP Hidrotoapi está encargada de la construcción del Proyecto Hidroeléctrico Toachi Pilatón, para lo cual cuenta con un campamento ubicado en la zona de influencia del mismo. La infraestructura de tecnología en esta dependencia no ha sido renovada desde el año 2008 y presenta severos problemas de desempeño y vulnerabilidades de seguridad que, en caso de explotarse, bien podrían afectar a la Corporación entera. El objetivo de este proyecto es diseñar implementar una solución que permita mejorar el rendimiento de la red de área local del campamento “La Palma”. Esta solución deberá contemplar el dimensionamiento e instalación de switches y puntos de acceso inalámbricos que permitan una administración simple, centralizada y remota. Se pretende mejorar la experiencia del usuario a través de la ampliación de las zonas de cobertura inalámbrica y el aumento de la velocidad de navegación y acceso a los servicios que se ofrecen a los funcionarios. Adicionalmente, el uso de nueva tecnología permitirá implementar controles que eleven significativamente el nivel de seguridad de la red administrativa y sentar la base para el diseño e interconexión con la red industrial, una vez se inicie la generación de energía.. PALABRAS CLAVE: LAN, WLAN, VLAN, seguridad, inalámbrico, infraestructura. VI.

(8) ABSTRACT. The Electric Corporation of Ecuador is responsible for the generation and transmission of energy in Ecuador. This public company is formed by 14 business units, whose general guidelines are taught by Matrix. All local area networks are managed independently tough are interconnected to the Corporation's wide area network. CELEC EP Hidrotoapi is in charge of the construction of Toachi Pilatón hydroelectric power station, for which it has a camp located in the zone called “La Palma”. The infrastructure in this location has not been renewed since 2008 and nowadays presents severe performance problems and security vulnerabilities that, if exploited, could affect the entire Corporation. The goal of this project is to design and install a solution that improves the performance of the local area network in "La Palma". This solution should contemplate the sizing and installation of switches and access points that allow a simple, centralized and remote administration. The intention is to improve the user experience by expanding the wireless coverage area while increasing the navigation speed and the speed of access to IT services. Additionally, the use of new technology will allow the implementation of controls that significantly increase the level of security of the administrative network and lay the basis for the design and interconnection with the industrial network, once the generation of electric energy begins.. KEYWORDS: LAN, WLAN, VLAN, security, wireless, infrastructure. VII.

(9) 1. INTRODUCCIÓN En un mundo globalizado como en el que vivimos, cada vez se hace más evidente la necesidad de contar con servicios de tecnología que estén disponibles en amplios espacios, sin interrupciones y que adicionalmente sean brindados con calidad, eficiencia y seguridad. Esta necesidad aplica tanto al ámbito personal como al laboral, en donde se hace énfasis sobre todo en la disponibilidad y seguridad de los servicios brindados. Imaginemos una planta de producción de galletas, en donde las áreas administrativas, encargadas por ejemplo, del pago a proveedores, pago a personal, cobros, recepción de órdenes de compra, etc., se interrelacionan con el área de producción a través de un sistema de planificación empresarial. ¿Qué pasaría si el sistema no está disponible o falla en la transmisión de la información relacionada con el requerimiento de venta del producto? ¿Podría el área de producción cumplir con la entrega requerida, si no cuenta con esa información a tiempo? ¿Qué pasaría si la persona responsable del monitoreo de los equipos no recibe las alertas arrojadas por éstos, por estar en una zona de la empresa que no cuenta con cobertura de red? Ahora reemplacemos la “fábrica de galletas” por una central de generación hidroeléctrica, las consecuencias de que el personal no cuente con acceso a los sistemas corporativos o a los sistemas de monitoreo por no contar con infraestructura tecnológica adecuada, podrían generar pérdidas y problemas a todo el sector eléctrico del país, pues las generadoras se conectan al Sistema Nacional Interconectado. La obsolescencia de la infraestructura de tecnología representa un grave problema, que no permite el flujo de información y datos a una velocidad aceptable, tampoco una ampliación del área de cobertura e incide directamente en el desempeño de las actividades de las personas que laboran en una institución, sobre todo, si se encuentran en un punto geográficamente aislado. El presente proyecto pretende diseñar e implementar una nueva red de área local alámbrica e inalámbrica para el campamento “La Palma” de CELEC EP Hidrotoapi, que servirá de base para la administración de las centrales hidroeléctricas que se están construyendo, una vez que se inicie la etapa de generación.. 1.

(10) 1.1. Objetivos. Rediseñar e implementar la red LAN para la locación “La Palma” de la Corporación Eléctrica del Ecuador CELEC EP, unidad de negocio Hidrotoapi Los objetivos específicos de este Proyecto Integrador son: •. Recopilar y analizar la documentación y literatura técnica relacionada a redes LAN. aplicable al proyecto de la unidad de negocio Hidrotoapi, así como realizar un diagnóstico de la situación actual de la red de “La Palma” de la Unidad de Negocio Hidrotoapi. •. Rediseñar la LAN de “La Palma” de la Unidad de Negocio Hidrotoapi.. •. Diseñar una red inalámbrica que cubra al menos el 90% de la superficie del. campamento “La Palma”. •. Configurar e implementar los equipos de red Ethernet e inalámbrica para el. campamento “La Palma”. •. Verificar el correcto funcionamiento de la red implementada a través de pruebas de. campo.. 1.2. Alcance. Recopilar y se analizar información, documentación y literatura técnica especializada referente a redes LAN, esto incluye libros, normas nacionales, así como reglamentos propios de CELEC EP. Además, realizar un diagnóstico del estado actual de la red en campamento “La Palma”, con el fin de identificar y conocer los problemas que está presentando la red. De todas las posibilidades de actualización de redes LAN, se rediseñará la LAN del campamento. “La Palma”, que permita a los usuarios acceder a todos los servicios. corporativos de manera continua. Esta red deberá ser administrable, estar segmentada a través de VLANs y tener la capacidad de brindar energía a los puntos de datos instalados. Se deberá considerar al menos un switch para cada edificio, con excepción de los edificios Cotopaxi, Santo Domingo y el campamento de vivienda de las empresas contratistas, que no son tomados en cuenta para la red de la Unidad de Negocio Hidrotoapi por estar ocupados por personal externo a CELEC EP.. 2.

(11) Se incluirá también fibra óptica para la conexión de todos los switches teniendo en cuenta las siguientes distancias aproximadas: •. Distancia del edificio Pichincha hasta el edificio Toachi: 44 m. •. Distancia del edificio Pichincha hasta el edificio Pilatón: 79 m. •. Distancia del edificio Pichincha hasta la zona de entretenimiento: 37 m. •. Distancia del edificio Pichincha hasta la zona de bodega: 124 m. •. Distancia del edificio Pichincha hasta la zona de mantenimiento: 164 m. •. Distancia del edificio Pichincha hasta la zona de comedores: 49 m. •. Distancia del edificio Pichincha hasta el edificio de Gestión Social: 150 m. Se diseñará una red inalámbrica que cubra al menos el 80% de toda la superficie del campamento “La Palma”, dentro y fuera de los edificios, para ello primero se seleccionarán los equipos para luego realizar la implementación y el levantamiento de la red inalámbrica de acuerdo al diseño planteado, cumpliendo las políticas existentes a este respecto en la normativa interna de la Corporación Eléctrica del Ecuador. De acuerdo al diseño propuesto se configurarán y se implementarán los equipos para el levantamiento de la red. También se instalará el cableado de fibra óptica para la interconexión de los switches así como también el cable UTP para la conexión de los puntos de acceso. Finalmente se verificará el correcto funcionamiento del rediseño a través de pruebas de campo según las normativas que con respecto a la seguridad de redes tiene la Corporación Eléctrica del Ecuador.. 1.3. Marco Teórico. Una red es un conjunto de sistemas o equipos interconectados entre sí con el fin de compartir datos. En la actualidad, las redes informáticas están presentes tanto la industria como en el hogar, brindando conectividad a millones de personas a través de sus dispositivos. Dependiendo de su extensión, las redes se clasifican de la siguiente forma: ·. PAN: Personal Area Network (red de área personal). 3.

(12) ·. LAN: Local Area Network (red de área local). ·. MAN: Metropolitan Area Network (red de área metropolitana). ·. WAN: Wide Area Network (red de área extendida). ·. GAN: Global Area Network (red de área global). En este proyecto tienen relevancia las redes de área local y de área extendida, por lo que en este apartado se estudiarán estos tipos de redes.. Redes de área local (LAN) y redes de área extendida (WAN) Una red de área local es el medio a través del cual se brindan los servicios de IT, incluyendo el acceso a los diferentes aplicativos desde los dispositivos de usuario final, como se puede ver en la Figura 1.1. Los elementos más importantes de una red de área local son los siguientes: ·. Equipos que cuenten con al menos una tarjeta de red, como por ejemplo, computadores personales, servidores, teléfonos inteligentes, tabletas, etc.. ·. Un medio físico a través de cual transitarán todos los paquetes de datos, este medio físico de transmisión puede ser de tipo guiado (fibra óptica, cable de cobre, etc.) o de tipo no guiado (transmisión inalámbrica).. ·. Equipos repetidores, concentradores o switches.. ·. Equipos ruteadores, que se encargan de dirigir el tráfico dentro de la red.. Figura 1.1. Ejemplo de red de área local (LAN) [1]. 4.

(13) Estos elementos están interconectados entre sí en la misma ubicación geográfica y generalmente pertenecen a la misma empresa, institución u organización. Cabe señalar que los componentes que forman parte de una red pueden clasificarse en activos y pasivos. ·. Los elementos activos son los que se encargan de distribuir la información a través. de la red. Ejemplos de equipos activos son los concentradores, puentes, pasarelas, switches, enrutadores, etc. ·. Los elementos pasivos son los que interconectan los enlaces dentro de una red,. como por ejemplo, conectores, cable de cobre, fibra óptica, patch panels, canaletas, etc. Si los puntos dentro de una red se encuentran geográficamente distantes, se habla de una red de área extendida (WAN). Este tipo de redes tienen los mismos elementos que las redes de área local, sin embargo, puede existir un tipo de elemento adicional, un equipo de borde conocido como cortafuegos, cuya función es proteger y controlar el tráfico que ingresa y sale de la LAN, tal y como se observa en la Figura 1.2. Figura 1.2. Ejemplo de red de área extendida (WAN) [1]. Topologías de red Los componentes que forman parte de una red y la manera en la que éstos están interconectados se denomina topología.. 5.

(14) Una topología es un diagrama en dónde se muestra cómo está una red, en cuanto a su diseño, interacciones con otras redes y funcionamiento lógico o en cuanto a sus conexiones y ubicación física de los equipos. De acuerdo a qué es lo que se encuentre en el diagrama, se habla de topología física o lógica, en las Figuras 1.3 y 1.4 se muestran ejemplos de cada uno de estos tipos de topología.. Figura 1.3. Ejemplo de topología física de una red de área local [5]. Figura 1.4. Ejemplo de topología lógica de una red de área local [5]. 6.

(15) Cuando se habla de redes de área extendida, existen tres principales topologías físicas: punto a punto, estrella o malla, en la Figura 1.5 se observan ejemplos de estas configuraciones. Figura 1.5. Punto-punto (Izq.). Estrella (Centro). Malla (Der.) [5] Por otro lado, las topologías lógicas más utilizadas son las denominadas estrella o árbol, bus o lineal y anillo. [2]. Arquitectura TCP/IP La comunicación entre distintos dispositivos que forman parte de una red es un proceso complejo y se logra a través de arquitecturas de protocolos. [3] Para este proyecto resulta relevante la arquitectura TCP/IP. Al igual que el modelo OSI (Open System Interconnection), TCP/IP es un modelo de referencia basado en capas, sin embargo, éste tiene únicamente 4 niveles. La principal diferencia entre estos dos modelos es que OSI es del tipo prescriptivo, es decir, su diseño precedió a su implementación. Por otro lado, TCP/IP es un modelo descriptivo, pues fueron invertidos varios años para lograr la comprensión de los protocolos para después construir el modelo [3]. Para entender de mejor manera estos modelos teóricos, se presenta un comparativo en la Figura 1.6.. Figura 1.6. Comparación entre el modelo OSI y el modelo TCP/IP [2]. 7.

(16) Los modelos de capas son básicos para el desarrollo de los protocolos, pues permiten resolver un gran problema, mediante la subdivisión del mismo en problemas más pequeños. Cada capa tiene su propio grupo de protocolos y realiza una función específica para lograr la transmisión de información, tal y como se visualiza en la Figura 1.7.. Figura 1.7. Ejemplo de protocolos en el modelo TCP/IP [2] ·. La capa de enlace es la capa más baja del modelo TCP/IP y en ella se describe qué. enlaces se deben llevar a cabo para brindar los servicios requeridos por la capa. ·. La capa de internet o interred es la encargada de seleccionar la mejor ruta para el. envío de paquetes, los acepta y transfiere. A este nivel trabajan varios de los protocolos más potentes cuando se habla de transmisión de información en una red. ·. La capa de transporte se encarga de que los paquetes lleguen en secuencia y sin. errores a su destino, pues aquí se realiza la confirmación de recepción de datagramas. Está diseñada para permitir que las entidades pares, en los nodos de origen y destino lleven a cabo una conversación. ·. La capa de aplicación es la que se encuentra más cerca del usuario final y en ella. se definen las aplicaciones y servicios que estarán a su disposición. Los datos a transmitirse atraviesan cada capa, desde la capa superior, y cada una de ellas coloca un encabezado propio (Véase la Figura 1.8). El receptor, toda vez que la información le llega desde la capa más baja, lee cada encabezado y lo va eliminando, de manera tal que recibe únicamente el paquete inicial, sin encabezados.. 8.

(17) Figura 1.8. Proceso de envío de datagramas en TCP/IP A través de los años se han visto fortalezas diferentes en los modelos de referencia OSI y TCP/IP, por ejemplo, un punto fuerte del primero es el modelo en sí, mientras que la mayor fortaleza del segundo es la robustez y amplio uso de sus protocolos.. El estándar Ethernet Con el pasar del tiempo, varias organizaciones se han encargado de normalizar a las redes, la manera en la que interactúan, los protocolos que utilizan, etc. Entre las normas que tienen relevancia en el presente trabajo, podemos citar las que se muestran en la Tabla 1.1. Tabla 1.1. Estándares IEEE más relevantes para el proyecto Estándar IEEE 802.1 802.3 802.11. Temática Generalidades y arquitectura de redes LAN. Ethernet. Redes LAN inalámbricas (WiFi).. El estándar que comúnmente es aplicado en las redes de área local es el llamado IEEE 802.3, conocido también como Ethernet, en la que cada dispositivo final se comunica mediante protocolo Ethernet y se conecta a un hub o un switch a través de un enlace punto a punto. En el nivel más sencillo, este equipo es el encargado de transmitir paquetes entre los dispositivos conectados a él, y para ello utiliza la dirección MAC del dispositivo de destino. [2]. 9.

(18) Ethernet fue desarrollado a principios de los 1970, como estándar de comunicación propietario de Xerox, sin embargo, debido a su gran éxito se convirtió en un estándar abierto y ampliamente utilizado. Los protocolos Ethernet actuales permiten alcanzar velocidades desde 10 Mbps hasta 100 Gbps y pueden alcanzar distancias mayores de 100 km, en implementaciones que hacen uso de fibra óptica. En la Tabla 1.2 se muestra la evolución de este estándar. En esta tabla se muestran únicamente las variaciones más significativas del estándar, no toma en cuenta la implementación y mejora de Power Over Ethernet (PoE). Tabla 1.2. Ejemplo de versiones de estándar IEEE 802.3 Estándar IEEE 802.3 802.3a 802.3i 802.3j 802.3u 802.3z 802.3ab. 802.3ae. 802.an 802.3bq 802.3cd. Descripción 10Base5 10Base2 10Base-T 10Base-FL 100Base-TX 100Base-FX 100Base-SX 1000Base-SX 1000Base-LX 1000Base-T 10GBase-SR 10GBase-SW 10GBase-LR 10GBase-LW 10GBase-ER 10GBase-EW 10GBase-LX4 10GBase-T 25G/40GBASE-T Aprobado el 5 de diciembre de 2018. Velocidad de datos 10 Mbps 10 Mbps 10 Mbps 10 Mbps. Tecnología de cables Cable coaxial Cable coaxial Par trenzado Fibra óptica. Año de publicación 1983 1988 1990 1992. 100 Mbps. Par trenzado Fibra óptica. 1995. 1 Gbps. Fibra óptica. 1998. 1 Gbps. Par trenzado. 1999. 10 Gbps. Fibra óptica. 2002. 10 Gbps 15/40 Gbps 50/100/200 Gbps. Par trenzado Par trenzado Cable biaxial de cobre. 2006 2016 2018. La trama Ethernet funciona a nivel de las capas 1 y 2 del modelo OSI, para ser más exactos, opera a nivel de la capa física y la parte inferior de la capa de enlace de datos [3], es decir, Ethernet define los protocolos de capa 2 y las tecnologías de capa 1, como se muestra en la Figura 1.9 Es importante señalar que el propósito de la capa física es transportar información de un equipo a otro. En el caso del estándar IEEE 802.3, se hablará de medios guiados, como el cable de cobre, coaxial o fibra óptica.. 10.

(19) Adicionalmente, las dos capas inferiores de los modelos de referencia tienen un papel protagónico a la hora de iniciar la comunicación entre dispositivos dentro de una red Ethernet. La subcapa de control de acceso al medio (MAC) trata los componentes físicos que se utilizarán para comunicar la información [3], y es responsable del encapsulamiento de datos y del control de acceso a los medios. El control de acceso al medio que se realiza en la subcapa MAC se denomina CSMA/DC (Acceso múltiple con escucha de portadora y detección de colisiones). Una colisión se produce. cuando. dos dispositivos intentan hacer uso del medio físico de manera. simultánea, en esta subcapa se detecta que se ha producido. una colisión y se. retransmiten los datos.. Figura 1.9. Estándar Ethernet referido al modelo OSI [3] Para una efectiva transmisión de paquetes de información cada equipo debe contar con una identificación, que al hablar de Ethernet, constituye una dirección física y única en el mundo, llamada dirección MAC. Cada tarjeta de red colocada en un equipo tiene asociada una dirección MAC, en el caso de equipos de computación portátiles se tienen al menos dos, una por la tarjeta Ethernet y una por la tarjeta de red inalámbrica. La dirección MAC está constituida por doce dígitos hexadecimales, de los cuales los seis últimos corresponden a un identificativo proporcionado por la IEEE y los primeros seis, son colocados por el fabricante. Debido al nivel en el que operan, las direcciones MAC también son conocidas como direcciones de capa 2. La estructura de la trama de Ethernet agrega encabezados y a la unidad de datos de protocolo (PDU) de capa 3 para encapsular el mensaje que se envía.. 11.

(20) Una trama Ethernet tendrá una longitud de 64 bytes hasta 1518 bytes, las tramas cuyo tamaño no esté dentro de este rango son descartadas, por no considerarse válidas. [4] En la Figura 1.10 se visualiza la composición de una trama Ethernet, con todos los campos que ésta tiene, así como el orden de cada uno.. Figura 1.10. Trama Ethernet La configuración clásica de Ethernet utiliza concentradores o puentes como medio para interconectar distintos dispositivos dentro de una red. Estos equipos extienden lo que se conoce como dominio de colisión, que no es más que un segmento de red que comparte con otros dispositivos el ancho de banda disponible. El extender un dominio de colisión a un número grande de dispositivos genera deficiencias en el rendimiento de la red, pues se pueden presentar millones de colisiones cuando los equipos intentan comunicarse. Otro de los problemas de un gran dominio de colisión es que el ancho de banda disponible se divide para el número de equipos, ocasionando en algún punto que la red se sature.. Figura 1.11. Estándar Ethernet clásico (hub) vs. Ethernet conmutado (switch) [2] Para solventar estos problemas el estándar empezó a evolucionar y a alejarse de la arquitectura de un solo cable extenso o con concentrador, para pasar a un modelo en el que el switch es el centro. En la Figura 1.11 se pueden observar estas dos configuraciones de Ethernet. A diferencia de un concentrador, un switch utiliza las direcciones MAC de las tarjetas de red para tomar decisiones de envío de las tramas que recibe. Los switches elaboran una tabla de direcciones MAC, que es constantemente actualizada en busca de nuevas 12.

(21) direcciones. [2] Al recibir una trama, el switch realiza un filtrado en busca de la dirección MAC a la que debería enviar el paquete de información, de manera que ninguno de los puertos conectados a equipos con una MAC distinta a la de destino de la trama, recibe datagramas. Esto es lo que se conoce como red Ethernet conmutada. De este proceso se deduce el por qué se considera a los switches como dispositivos de capa 2, a menos que se especifique lo contrario, como se verá más adelante. En la Figura 1.12 se observan algunos ejemplos de equipos, clasificados de acuerdo a la capa del modelo OSI en la que operan. De acuerdo a este comportamiento se puede establecer que los switches son equipos que limitan el dominio de colisión, es decir, los equipos conectados a un switch constituyen un dominio de colisión distinto al establecido por un switch diferente. Por otro lado, un conjunto de switches interconectados constituirán un único dominio de broadcast, pues a nivel de la capa 2 no se logra filtrar los paquetes de broadcast y estos son retransmitidos a todos los puertos, para dividir el dominio de broadcast es necesario realizar una nueva segmentación a través de una red de área local virtual (VLAN).. Figura 1.12. Dispositivos por capa de operación [2]. IEEE 802.3ad, 802.3af y 802.3at Dentro de la familia IEEE 802.3 existen estándares que han cobrado especial importancia por sus bondades y seguridad que brindan a las redes, lo que ha hecho que sean muy utilizados hoy en día. El primer estándar a mencionar es el IEEE 802.3af, con el cual se introduce la alimentación eléctrica a través de una red de área local basada en Ethernet para dispositivos que soporten este estándar (cámaras IP, puntos de acceso, teléfonos IP, switches, ruteadores, cortafuegos, etc.). El estándar es también conocido como Power Over Ethernet (PoE).. 13.

(22) Los switches que despliegan PoE reconocen a los dispositivos que lo soportan a través de auto negociación y envían la energía por los puertos a los que están conectados, si un dispositivo no soporta el estándar, el switch no suministra corriente eléctrica. Una mejora a este estándar es el IEEE 802.3at, también conocido como PoE+, que funciona bajo el mismo principio pero supone un incremento en la potencia suministrada. Estas dos tecnologías permiten reducir costos de manera significativa dentro de una red, pues dejan de ser necesarios puntos de energía eléctrica adicionales y así como los transformadores para teléfonos, puntos de acceso, etc. Tabla 1.3. Comparación entre el estándar IEEE 802.3af e IEEE 802.3at Descripción Especificaciones mínimas de cableado de cobre Potencia suministrada Tensión de salida nominal Temperatura ambiente operativa máxima. IEEE 802.3af Categoría 3, clase C 15.4 W 48 V CC 60° C. IEEE 802.3at Categoría 5, clase D 30 W 53 V CC 50° C. Otro estándar que tiene relevancia para el presente proyecto es el IEEE 802.3ad, conocido como “trunking” o “agregación de enlaces” y permite la agrupación de varios enlaces que conectan dispositivos que trabajan de manera simultánea haciendo que lógicamente se vean como un solo enlace y proveyendo a la vez de alta disponibilidad en la conexión. EtherChannel es una tecnología propietaria de Cisco Systems, que presenta algunas ventajas sobre el estándar IEEE 803.3ad, siendo similar y teniendo el mismo objetivo.. Enrutamiento y direccionamiento IPv4 En una red de área local es importante considerar que las direcciones de capa 2 (MAC) se utilizan para mover las tramas dentro de un mismo dominio de colisión, mientras que las direcciones de capa 3 (IP) se utilizan para mover tramas hacia diferentes dominios de colisión. Esta “traducción” de direcciones lógicas a físicas y viceversa es realizada por el protocolo de resolución de direcciones (ARP) y el protocolo reverso de resolución de direcciones (RARP), respectivamente. Otro concepto importante para entender la manera como fluye la información dentro de una red de área local es el “enrutamiento”, que es el proceso que realizan los host para reenviar paquetes de información entre redes. El equipo que realiza el enrutamiento de paquetes. 14.

(23) se conoce como enrutador, y debido a que ejecuta esta tarea haciendo uso de direcciones IP, a estos equipos se los conoce también como equipos de capa 3. El concepto de enrutamiento va ligado a la definición de puerta de enlace predeterminada (default gateway), que es un equipo que permite interconectar redes con arquitecturas y/o protocolos diferentes, en otras palabras, el quipo enrutador enviará paquetes a una determinada red remota a través de su puerta de enlace predeterminada. El reenvío de información desde un host puede realizarse hacia sí mismo, hacia un host dentro de la misma red (local) o hacia un host en una red distinta (remoto). (Ver Figura 1.13). Figura 1.13. Tipos de enrutamiento [5] Para que el router sepa a qué red debe enviar un determinado paquete de datos, es necesario que en el equipo se configure una tabla de ruteo. Esta tabla contiene la información de rutas de origen y de destino según las cuales se produce en el reenvío de datagramas. En la Figura 1.14 se puede observar la manera en la que se conectan dos subredes, haciendo uso de switches y routers que manejan el tráfico en los diferentes segmentos de red.. Figura 1.14. Ejemplo de interconexión de redes con routers y switches [5] Es importante notar que cada equipo activo dentro de una red de área local debe tener asignada una dirección lógica (IP), que es configurada por el administrador de red de acuerdo a sus necesidades, y para ello pueden utilizarse dos tipos de direccionamiento:. 15.

(24) ·. Estático: A cada host se le asigna una dirección IP fija, que no cambiará en el tiempo. a menos que el administrador lo decida y configure una nueva dirección para ese host. ·. Dinámico: Un dispositivo que maneja el protocolo de configuración dinámica del. host (DHCP) es el encargado de asignar una dirección IP temporal a cada host, esta dirección es asignada de manera aleatoria, de acuerdo a los parámetros configurados en el equipo en cuanto al tiempo que durará la dirección IP y el segmento de red en el cual puede asignar direccionamiento. El direccionamiento IPv4 en la actualidad es el más usado en redes de área locales privadas y comerciales, sin embrago, empieza a presentar problemas de agotamiento de espacio, dado el incremento exponencial de equipos que cuentan con una tarjeta de red. Como alternativa apareció una nueva versión de direccionamiento, denominado IPv6, que presenta una capacidad extendida de funcionamiento y pretende reemplazar en un futuro a IPv4. Una dirección IPv4 está formada por 4 octetos binarios, que se representan con cuatro números decimales entre 0 y 255, separados por un punto.. Redes de área local virtuales (VLAN) Es posible dividir una red de área local en varias redes LAN lógicas más pequeñas (VLANs). Este diseño es especialmente útil cuando la distribución del equipo de red no coincide con la estructura de la organización o cuándo se tienen varios equipos que brindan diferentes servicios dentro de una red, por ejemplo, impresoras, servidores, etc. [2] En otras palabras, las redes virtuales de área local solucionan problemas en la infraestructura cuando factores como la funcionalidad, equipo de trabajo, etc., adquieren protagonismo sin tomar en cuenta la ubicación física de los equipos que forman parte de la red. Una VLAN es un segmento virtual de una red de capa 2. Las VLAN son subredes lógicas que se encuentran aisladas entre sí, permitiendo el tráfico de información entre ellas únicamente a través de un equipo que realice las funciones de enrutamiento. Cada VLAN constituye un dominio de broadcast dentro de una red segmentada, sin necesidad de colocar switches diferentes para este fin. [6] En la Figura 1.15 se muestra un ejemplo de redes de área local virtuales, que agrupan a varios servidores de acuerdo al servicio que prestan a la red.. 16.

(25) Figura 1.15. Ejemplo de VLANs [7] Una red segmentada presenta varias ventajas respecto de una red en la que no existen VLANs. Esta subdivisión lógica permite la implementación de políticas de acceso y de seguridad de acuerdo al criterio con el que se configuraron las redes virtuales, por otro lado, esta solución representa una reducción de costo comparada con la implementación de redes físicas (con varios switches) para tener dominios de broadcast diferentes y más pequeños, lo que en sí, representa otra ventaja. Esta tecnología se estandarizó a través de la norma IEEE 802.1Q, mediante la cual se estableció un nuevo formato de la trama Ethernet, brindándole la posibilidad de añadir una etiqueta de identificación de las VLAN configuradas, e incrementando la longitud máxima en 2 campos de 2 bytes, es decir, hasta 1522 bytes. [2] En la Figura 1.16 se evidencia que la diferencia entre los estándares IEEE 802.3 e IEEE 802.1Q es la adición, en éste último, de dos campos.. Figura 1.16. Trama 802.3 vs. Trama 802.1Q [2]. 17.

(26) Para implementar una segmentación por VLANs es necesario contar con un equipo que realice el enrutamiento de tráfico entre estas redes virtuales, esto se realiza fácilmente con un switch que soporte las funcionalidades del estándar IEEE 802.1Q, al que suele llamarse también switch de capa 3, pues tiene la capacidad de realizar funciones de enrutamiento de tráfico. Cuando una trama etiquetada llega a un switch que soporta el estándar IEEE 802.1Q, éste utiliza el identificador de la VLAN para averiguar a qué puertos enviar la trama recibida. [2] Al hablar de diseño de redes con segmentación a través de redes virtuales, es necesario comprender muy bien varios conceptos relacionados a la denominación de estos segmentos de acuerdo a su funcionalidad: ·. VLAN predeterminada: Es la VLAN que está configurada en todos los puertos del. switch (configuración de fábrica). ·. VLAN nativa: Sirve como un identificador común en extremos opuestos de un. enlace troncal. La VLAN nativa se define como la VLAN a la que pertenecería un puerto antes de ser configurado como troncal, por lo tanto, se usa para todo el tráfico no etiquetado en este tipo de enlaces. ·. VLAN de administración: Se utiliza para acceder a las capacidades de. administración de la VLAN. [6] En la implementación de redes segmentadas lógicamente, se debe tener en cuenta que el número máximo de VLANs que se pueden crear dentro de una red está determinado por la capacidad del switch principal.. Diseño de redes conmutadas El fabricante de equipos de redes y telecomunicaciones, Cisco Systems, plantea un diseño jerárquico para redes conmutadas, que hoy en día es ampliamente utilizado y no solo se limita a su implementación con equipos de la mencionada marca. Este diseño sostiene que una red debe ser modular, jerárquica, debe tener capacidad de recuperación ante errores y debe ser flexible. [5] Con este objetivo se plantea un diseño de tres niveles: Núcleo, distribución y acceso, tal y como se observa en la Figura 1.1.7.. 18.

(27) Figura 1.17. Modelo jerárquico de tres capas de acuerdo a Cisco Systems [6] Este modelo permite asignar diferentes funcionalidades a cada capa y facilita la administración de una red de área local. En redes relativamente pequeñas, es posible implementar una variación de este modelo, colapsando dos capas en una sola, como se observa en la Figura 1.18.. Figura 1.18. Modelo jerárquico de dos capas de acuerdo a Cisco Systems [6] La capa de acceso, que se muestra en la Figura 1.1.9, es el nivel que está más próximo a los dispositivos finales de usuario, esto es, teléfonos, tabletas, computadores personales, etc. Su principal funcionalidad es brindar conectividad a los usuarios de manera segura, eficiente y continua. De acuerdo a la configuración que se realice en los equipos de red de las capas superiores, en los puertos de los switches de acceso deben estar disponibles las funcionalidades de VLAN, calidad de servicio, energización de dispositivos a través de Ethernet (PoE), seguridad, etc.. 19.

(28) Figura 1.19. Capa de acceso del modelo jerárquico [6] Colocar switches en la capa de distribución puede reducir notablemente los costos que deberían invertirse en cableado cuando se tiene gran cantidad de switches de acceso en diferentes edificios o locaciones distantes de una red de área local, conectando estos últimos a equipos de la capa de distribución en lugar de realizar interconexiones entre ellos. La capa de distribución provee conectividad a la red, de manera que se puedan tomar decisiones de administración de la misma de acuerdo a las políticas que se requieran en la capa de acceso y en la capa superior, es decir, ofrece conectividad para los servicios basados en la red para la WAN y para el perímetro de Internet [6]. En este nivel se pueden configurar listas de acceso, colocar firewalls, etc. Los dispositivos que se coloquen en esta capa del modelo jerárquico deben soportar funcionalidades de capa 3. La capa de núcleo constituye la columna vertebral de la red en un diseño jerárquico de tres niveles y su principal funcionalidad es la entrega confiable de datagramas. De manera similar a lo que ocurre cuando se genera la necesidad de colocar una capa de distribución, una capa de núcleo es deseable cuando existen varios equipos en la capa de distribución y su interconexión resulta costosa, demorosa y con administración no centralizada. Esta capa admite los estándares y protocolos que manejan las capas inferiores, en el diseño debe asegurarse que exista alta disponibilidad y se coloque un equipo con capacidad de manejar gran cantidad de paquetes a muy altas velocidades.. Figura 1.20. Diseño con capa de núcleo (Izq.) Diseño sin capa de núcleo (Der.) [6] 20.

(29) En la Figura 1.20 se muestran las diferencias entre un diseño implementado con capas y uno sin ellas, aquí se evidencian las ventajas del primero sobre el segundo. En las tres capas de este modelo se permite la agregación de enlaces, con los cual se podrían crear enlaces lógicos compuestos de más de un enlace físico. Esto constituye redundancia en los enlaces ya que si uno falla, el otro asume su tráfico, también representa un aumento en el ancho de banda de los enlaces, ya que la capacidad de cada uno se suma en el enlace lógico. Una vez escogido el diseño por nivel jerárquico de una red de área local, de acuerdo a las necesidades de la organización, el arquitecto deberá determinar los controles de seguridad y funcionalidad a aplicarse en la red, por ejemplo, calidad de servicio para asegurar que habrá siempre ancho de banda disponible para los servicios que se consideren críticos, segmentación lógica a través de VLANs, controles y listas de acceso para dispositivos, etc. Una red de área local basada en un modelo jerárquico, ya sea de dos o tres capas, permite ejecutar una administración centralizada y contar con una solución robusta y escalable en el tiempo, ya que si se presenta un crecimiento repentino de la red, se lo podría afrontar sin necesidad de reemplazar los equipos sino añadiendo switches en las capas de acuerdo a la necesidad institucional. También permite realizar varias configuraciones únicamente en el equipo de núcleo central y desplegar las mismas a los diferentes switches, en lugar de tener que realizar estas tareas de manera individual.. Redes de área local inalámbrica (WLAN) Las redes inalámbricas, al igual que las redes cableadas, se dividen de acuerdo a su extensión en WPAN, WLAN, WMAN y WWAN. Esta división es similar a la clasificación de las redes con medios guiados, es decir, toma en cuenta como principal parámetro la extensión de la red. En este proyecto tienen relevancia las redes de área local inalámbrica (WLAN), razón por la cual este numeral estará referido a este tipo de red. A diferencia de lo que sucede en una red de área local en donde la transmisión de datos se realiza a través de un sistema de cableado estructurado (medio guiado), en una red de área local inalámbrica el medio de transmisión de los dispositivos finales de usuario es el aire (medio no guiado). En una WLAN los dispositivos finales de usuario pueden ser computadores portátiles, teléfonos, tabletas y demás equipos que cuenten con una tarjeta de red inalámbrica.. 21.

(30) Existen varias tecnologías para transmisión de datos de forma inalámbrica, como por ejemplo, Bluetooth, ZigBee, HomeRF, WiMax, etc. Sin embargo, el estándar para redes inalámbricas más utilizado en la actualidad es el IEEE 802.11, también conocido como WiFi. La familia de este estándar permite comunicaciones inalámbricas a velocidades de 1 o 2 Mbps hasta 1 Gbps, en la banda de frecuencia de 2.4 GHz y 5 GHz. [2] Tabla 1.4. Familia de estándares IEEE 802.11 [8] Estándar 802.11b 802.11a. Velocidad Frecuencia máxima 11 Mbps 2.4 GHz 54 Mbps 5 GHz. 802.11g. 54 Mbps. 802.11n. 600 Mbps. 802.11ac. 1 Gbps. Modulación DSSS OFDM OFDM DSSS MIMO OFDM OFDM. 2.4 GHz 2.4 GHz 5 GHz 5 GHz. Alcance (interiores) 100 m 70 m. Alcance (exteriores) 200 m 70 m. 38 m. 140 m. 70 m. 250 m. 70 m. 250 m. En una organización moderna resulta casi inimaginable no contar con una red de área local inalámbrica, ya que los usuarios requieren movilidad en sus comunicaciones y tienen varios dispositivos que no pueden conectarse a una red por medios guiados, como por ejemplo, los teléfonos inteligentes, que han cobrado especial importancia entre los ejecutivos de alto nivel. Por otro lado, la redes inalámbricas son escalables, es decir, la ampliación de la cobertura de una red adecuadamente diseñada no implica un cambio de la infraestructura, sino únicamente la instalación de un punto de acceso inalámbrico. Para la comunicación entre dispositivos dentro una red WiFi se utilizan ondas electromagnéticas, razón por la cual existe una desventaja en cuanto a las interferencias presentes durante la comunicación, que pueden ocasionar el empobrecimiento del desempeño de la red, de ahí que estas redes, a pesar de sus múltiples bondades, no hayan logrado reemplazar a las redes de área local que se comunican a través de medios guiados. Existen dos modos para implementar una red inalámbrica, que se muestran en la figura 1.21 y se describen a continuación: Modo Ad Hoc: En este modo de configuración, los clientes que están en una misma área se conectan directamente, haciendo uso de sus tarjetas de red inalámbricas y sin dispositivos intermedios que propicien esta comunicación, la cual se realiza mediante una topología punto-punto y es útil para conexiones temporales entre los equipos.. 22.

(31) Modo Infraestructura: En este modo se utilizan los puntos de acceso inalámbricos o estaciones base para que permitan la conexión de los clientes a una red inalámbrica. Estos puntos de acceso están conectados a través de un medio guiado a la red cableada. Esta es la configuración más usada para redes inalámbricas permanentes, tanto en entornos empresariales como personales.. Figura 1.21. Red inalámbrica Ad Hoc (Izq.). Red inalámbrica Infraestructura (Der.) [2] La implementación de redes basadas en puntos de acceso presenta muchas ventajas sobre una red Ad Hoc, entre las cuales están la gestión de la red desde los access point, la compartición del ancho de banda, la estabilidad de la red y la conexión de un mayor número de dispositivos. Adicionalmente, se pueden conectar en una red varios puntos de acceso para ampliar la cobertura y mejorar la potencia de la señal inalámbrica, formando una o varias redes distribuidas basadas en puntos de acceso. Es importante conocer la banda de frecuencia en la que operarán los puntos de acceso. Las bandas ISM 2.4 GHz y 5 GHz no requieren de una licencia para su uso, es decir, son libres. Esto representa una gran ventaja pero también una desventaja ya que son usadas por muchos fabricantes cumpliendo con ciertas regulaciones, como por ejemplo, el valor mínimo de potencia irradiada. Las diferencias entre estas dos bandas de frecuencia son varias y a continuación se citan algunas de ellas: ·. La banda de frecuencia de 2.4 GHz es usada por varios tipos de equipos, a. diferencia de la banda de 5 GHz, razón por la cual la primera presenta un nivel interferencia mucho más elevado respecto a la segunda. ·. El alcance de la banda de 5 GHz es menos que el de la banda de 2.4 GHz, pues. está en un rango de frecuencias más elevado.. 23.

(32) ·. El número de canales disponibles en la banda de 2.4 GHz es menor que en la banda. de 5 GHz, lo que hace más difícil un diseño que evite traslapes de canal en redes con un cierto número de puntos de acceso.. Traslape de canales en redes de área local inalámbricas La banda de 2.4 GHz cuenta con 14 canales con un ancho de banda de 22 MHz por canal y con una separación de 5 MHz entre canal. Esta banda de frecuencias va desde 2.4 GHz hasta 2.483 GHz (Para Japón existe una ligera diferencia en los rangos de frecuencia). [8] Tabla 1.5. Canales dentro de la banda de frecuencias de 2.4 GHz [8] Identificación Frecuencia del canal (MHz) 1 2412 2 2417 3 2422 4 2427 5 2432 6 2437 7 2442 8 2447 9 2452 10 2457 11 2462 12 2467 13 2472 14 2484. Ya que cada canal está separado únicamente 5 MHz existen únicamente 3 canales que no estás traslapados: Los canales 1, 6 y 11. Este hecho se aprecia plenamente en la Figura 1.22. El canal 14 no se toma en cuenta pues está restringido. Los demás canales se sobreponen entre sí y los equipos que hacen uso de estas frecuencias solapadas generan interferencia. Con esta consideración, esta banda de frecuencia ofrece únicamente 3 canales sin traslape para poder brindar servicio sin un deterioro considerable en el desempeño de la misma.. 24.

(33) Figura 1.22. Traslape de canales en la banda de frecuencias de 2.4 GHz [2]. Por otro lado, la banda frecuencias de 5 GHz ofrece un número mayor de canales sin traslape entre ninguno de ellos, como se observa en la figura 1.23.. Figura 1.23. Canales en la banda de frecuencias de 5 GHz [2]. Capas del estándar IEEE 802.11 A diferencia de Ethernet, la capa física para el estándar IEEE 802.11 está constituida por medios no guiados y está compuesta por dos subcapas, la PMD (Physical. Medium. Dependent) y la PLCP (Physical Layer Convergence Procedure). En la subcapa PMD se definen las técnicas de modulación de datagramas, que se muestran en la Tabla 1.3, las mismas que varían de acuerdo al estándar de la familia IEEE 802.11 con el que se trabaje. Por otro lado, la subcapa PLPC es la encarga de aplicar un método de convergencia para transformar las unidades de datos de protocolo MAC (MPDU) en unidades de datos de protocolo físicas (PPDU) y viceversa, colocando una cabecera y un preámbulo a la trama del estándar. En otras palabras, esta subcapa es la responsable de que se puedan enviar tramas MAC de un equipo a otro.. 25.

(34) La subcapa más baja de la capa de enlace de datos, llamada subcapa de control de acceso al medio (MAC) es la responsable de que los host compartan el uso del espectro radioeléctrico. Ésta subcapa es única, no varía, independientemente de la familia del estándar IEEE 802.11 con la que se trabaje. La subcapa MAC del estándar IEEE 802.11 es la que hace posible que un dispositivo pueda “ver” las redes inalámbricas a las que podría conectarse, es decir, recepta los SSID irradiados por otros dispositivos. Otra de las tareas que realiza en esta subcapa es la autentificación de un dispositivo que solicita acceso de navegación en la red irradiada y una vez concedido el acceso, la consecuente asociación del dispositivo a la red. El control de acceso al medio que utiliza el estándar IEEE 802.11 se denomina CSMA/CA (Acceso múltiple con escucha de portadora y evitación de colisiones), que consiste en verificar el canal antes de iniciar la transmisión para determinar su estado, si el medio está libre entonces inicia la transmisión, caso contrario espera.. Elementos de una red de área local inalámbrica Además de los elementos descritos en anteriormente, las redes de área local inalámbricas cuentan con dos tipos adicionales de dispositivos, que hacen posible la existencia de la red inalámbrica como tal: •. Puntos de acceso: Son equipos que transmiten paquetes de datos entre los host. que cuenten con una tarjeta de red inalámbrica y que se encuentren asociados a una determinada red [2]. Estos dispositivos son los que irradian uno o varios SSID (Service Set Identifier o “nombre de la red”), dependiendo de la capacidad del mismo. •. Controladoras: Estos equipos no son indispensables para la comunicación. inalámbrica en redes tipo Infraestructura, sin embargo, se vuelven indispensables en entornos corporativos en los que se tiene un gran número de puntos de acceso (AP) pues permiten la administración de la infraestructura inalámbrica desde un solo equipo.. Consideraciones de diseño de una red inalámbrica Al momento de diseñar una red inalámbrica es importante tener en cuenta las necesidades puntuales de organización, en términos de cobertura y desempeño.. 26.

(35) En este sentido es importante realizar la siguiente pregunta: ¿El objetivo de una determinada implementación es ampliar cobertura o aumentar la capacidad? Una de las premisas más conocidas cuando se habla de redes inalámbricas es el hecho de que el área de cobertura es inversamente proporcional a la velocidad de transmisión de datos. (Ver Figura 1.24) Esto quiere decir que mientras más distante se encuentre un host inalámbrico del punto de acceso que irradia la red a la que éste está conectado, la señal que recibe el dispositivo será cada vez más pobre en términos de velocidad de transmisión.. - Distancia + + Velocidad -. Figura 1.24. Relación distancia-velocidad de una red irradiada por un puntos de acceso Dependiendo de las aplicaciones que utilicen los clientes finales y las necesidades de la organización, se deben establecer los parámetros de potencia de señal aceptables para la conexión de dispositivos a la red inalámbrica, lo cual incidirá en el radio de cobertura que brindarán los puntos de acceso contiguos antes de que un cliente salte al access point siguiente, pudiendo así aumentar el número de equipos requeridos para tener una conexión de buena calidad con amplia cobertura. A este último factor se le conoce como rango de asociación y expresa la potencia de la señal a la que se asociará un host a un determinado punto de acceso. Es necesario también realizar un análisis del espacio físico y las condiciones ambientales en las que se desplegará la red, pues las paredes, escritorios, humedad, equipos de telefonía móvil, hornos microondas e incluso las personas influyen en gran medida en el alcance y potencia de la señal que cada punto de acceso irradia. Para realizar un análisis detallado se requiere de pruebas en sitio con los equipos a colocar así como el uso de software que determine la potencia de la señal, interferencias, etc., a esto se le conoce como “site survey”. En caso de que no se cuente con los recursos para realizar este tipo de análisis, en su lugar se puede efectuar una inspección física y usar la experiencia y. 27.

(36) estadísticas disponibles para poder determinar el número y ubicación de los puntos de acceso. Otro factor a tomar en cuenta es la interferencia co-canal, que se define como la interferencia que genera un punto de acceso que opera en el mismo canal que uno ubicado en sus cercanías. Para tener una red con un desempeño aceptable es necesario que los puntos de acceso cuyo radio de cobertura se superponga, utilicen canales que no se traslapen, ya sea en la banda de frecuencias de 2.4 GHz o 5 GHz. Finalmente, se debe analizar el tipo de equipos que tienen los clientes y la densidad de los mismos en un área determinada, así como las aplicaciones que demanden mayor capacidad con el fin de tener una red inalámbrica dimensionada para cumplir con las necesidades actuales y futuras de la organización.. 28.

(37) 2. METODOLOGÍA El proyecto denominado “Rediseño e implementación de la red LAN para la locación “La Palma” de la Corporación Eléctrica del Ecuador CELEC EP, Unidad de Negocio Hidrotoapi”, constituye una investigación aplicada, que en su desarrollo empleará técnicas de recolección de información basadas en observación, consulta y encuesta mediante las cuales se recogerá, organizará, sistematizará, interpretará y analizará la información necesaria. Este proyecto se desarrollará haciendo uso las herramientas tecnológicas con las que cuenta en la actualidad la institución, toda vez que la adquisición de bienes y servicios en el sector público se traduce en procesos normalmente largos y que deben ser programados al menos el año anterior al de ejecución presupuestaria. En este sentido, CELEC EP Hidrotoapi carece de herramientas propias para la medición, gestión y monitoreo de red, que puedan arrojar datos cuantitativos con el fin de realizar una comparación numérica entre el desempeño actual de la infraestructura y el que se espera conseguir después de la implementación del presente proyecto. Sin embargo, se hará uso de la herramienta de monitoreo de tráfico de red que la Unidad de Negocio Transelectric tiene en los enlaces de internet y conexión a la WAN corporativa de “La Palma”. A través de estos reportes se conseguirá una comparación de consumo de ancho de banda de canal, ya que en la actualidad, a pesar de tener contratado un ancho de banda de 20 Mbps por enlace, se tiene un corte a los 10 Mbps y se sospecha que esta saturación se produce por la vieja infraestructura de red con la que se cuenta. Por otro lado, otra fuente de obtención de datos e información será la observación y consulta del comportamiento general de la red así como del nivel de satisfacción de los clientes de la misma. Se hará uso de las herramientas de verificación de red a través de línea de comandos desde equipos cliente y en los switches después de implementados. Se pretende optimizar recursos económicos, de tiempo y personal delegando la adquisición del equipamiento necesario a otra Unidad de Negocio, con lo cual, se remitirán las especificaciones técnicas obtenidas del diseño para que la gestión de adquisición sea realizada a través de la figura de compra corporativa en CELEC EP.. 29.

(38) 2.1. Situación inicial de la infraestructura de CELEC EP HIDROTOAPI. Descripción de la empresa CELEC EP es una empresa pública que brinda un servicio definido como “servicio público estratégico” [9]. Dentro de las principales actividades de la Empresa Pública Estratégica Corporación Eléctrica del Ecuador CELEC EP, se destacan la generación, transmisión, distribución, comercialización, importación y exportación de energía eléctrica [9]. CELEC EP está compuesta por 14 unidades de negocio, que actúan de manera independiente y a la vez son coordinadas por la Matriz. De estas unidades, 13 corresponden a generación de energía eléctrica (en fase de producción o construcción) y 1 corresponde a transmisión de energía eléctrica. Todas las unidades de negocio se conectan a la red de área extendida de CELEC EP a través de la red nacional de fibra óptica, provista y administrada por la unidad de negocio Transelectric. La unidad de negocio CELEC EP Hidrotoapi está encargada de la construcción del Proyecto Hidroeléctrico Toachi Pilatón, que aportará 254,4 MW al Sistema Nacional Interconectado [10]. CELEC EP Hidrotoapi está ubicada geográficamente en dos lugares: 1.. Quito: En donde funcionan las áreas administrativas.. 2.. Recinto “La Palma”: En donde labora principalmente personal técnico.. Generalidades sobre “La Palma” El campamento “La Palma” está ubicado en el km 70 de la vía Alóag-Santo Domingo, en el corazón de lo que se conoce como la zona de influencia del Proyecto Hidroeléctrico “Toachi Pilatón”, en la Figura 2.1 se observa la implantación general del proyecto, y la ubicación del campamento dentro de la zona de influencia del mismo.. 30.

(39) Figura 2.1. Ubicación geográfica de campamento “La Palma” [11] En esta locación laboran 70 funcionarios de Hidrotoapi de manera permanente, en jornadas 5x2 y 10x4. Personal de Quito viaja regularmente a esta localidad a desempeñar sus actividades en un número aproximado de 5 funcionarios. Se estima que el personal externo que labora de manera permanente es de 40 personas, distribuidas de la siguiente manera: •. Empresas relacionadas con la construcción del Proyecto: 16 personas. •. Empresa de limpieza: 8 personas. •. Empresa de seguridad: 6 personas. •. Empresa de catering: 10 personas. Adicionalmente, se tiene visitas de estudiantes de colegios de la zona, universidades y personas de la comunidad en general, en un promedio diario de visitas externas de 10 personas. Esta locación está compuesta por dos campamentos ubicados uno frente al otro. En el campamento denominado “La Palma” operan las áreas técnicas de CELEC EP Hidrotoapi, así como una parte de sus áreas administrativas, también laboran en esta dependencia contratistas externos y en cuanto el Proyecto empiece su fase de producción de energía eléctrica, se ubicará el Centro de Operaciones de las centrales de generación, que se denominará “COS LA PALMA”.. 31.

(40) En la entrada del campamento vecino se ubica la oficina del área de Gestión Social de CELEC EP Hidrotoapi, así como los edificios de vivienda de las empresas contratistas. El campamento “La Palma” tiene una superficie aproximada de 34.500,00 m2, distribuida en diferentes edificios, zona de parqueos, zona de bodegas, zona de mantenimiento, comedores, zona de entretenimiento y canchas deportivas. A continuación se describen las áreas más importantes para el presente trabajo: ·. Edificio Pichincha: Es un edificio de oficinas de 2 pisos y un área aproximada de. 714 m2 en donde labora la mayor parte de funcionarios de CELEC EP Hidrotoapi. En este lugar se ubica el cuarto de comunicaciones de campamento “La Palma”. ·. Edificio Santo Domingo: Es un edificio de oficinas de 2 pisos y un área aproximada. de 172 m2 en donde labora personal de las empresas contratistas del Proyecto “Toachi Pilatón”. Cuando el proyecto empiece su fase de generación, en este edificio se ubicará los que se denomina “COS La Palma”. ·. Edificio Cotopaxi: Es un edificio de oficinas de 1 piso y un área aproximada de 257. m2 en donde labora personal de las empresas contratistas del Proyecto “Toachi Pilatón”. ·. Edificio Toachi: Es un edificio de vivienda de 2 pisos con un área aproximada de. 386 m2, cuenta con 26 habitaciones, individuales y dobles, y tiene una capacidad para alojar hasta 46 personas. ·. Edificio Pilatón: Es un edificio de vivienda de 3 pisos con un área aproximada de. 430 m2, cuenta con 39 habitaciones, individuales y dobles, y tiene una capacidad para alojar hasta 69 personas. ·. Zona de Entretenimiento: Está formada por 3 áreas distribuidas en una sola planta,. con una superficie de 383 m2. Las áreas que conforman esta zona son: Gimnasio, sala de cine y sala de recreación. ·. Zona de Mantenimiento: Está formada por áreas abiertas destinadas al. mantenimiento del parque automotor de CELEC EP Hidrotoapi. Tiene un área de oficinas distribuidas en 1 piso con una superficie de 157 m2. ·. Zona de Bodegas: Está formada por áreas abiertas en donde se ubican diferentes. contenedores para el almacenamiento de los artículos propiedad de la Unidad de Negocio. Tiene un área de oficinas distribuidas en 1 piso con una superficie de 249 m2.. 32.

(41) ·. Comedores: Esta área está compuesta por una cocina y dos comedores,. distribuidos en una sola planta, con una superficie de 1.041 m2. ·. Área de Gestión Social: Esta área está ubicada en la entrada del campamento de. vivienda de las empresas contratistas del Proyecto Toachi Pilatón, frente a la entrada principal del campamento “La Palma”. Consta de un piso de oficinas con una superficie aproximada de 150 m2. Las áreas de los edificios aquí citadas, toman en cuenta el área de las veredas que rodean a cada edificio.. Infraestructura de red de área local La infraestructura del campamento “La Palma” está implementada con tecnología adquirida entre los años 2009 y 2012, con equipos fabricados entre el año 2007 y 2008, y fue concebida para una realidad diferente a la actual y para un número menor de usuarios, que se ubicarían únicamente en el edificio Pichincha. El servicio de red inalámbrica es provisto a través de 13 puntos de acceso tipo “home” marca D-Link, configurados en modo “repetidor de señal”. Estos equipos están colocados en los edificios de oficinas y vivienda en donde está ubicado el personal de CELEC EP HIDROTOAPI. Estos equipos se administran individualmente, cada uno despliega una red de nombre igual a la ubicación del punto de acceso y brindan seguridad únicamente a través de la introducción de una clave universal de 8 dígitos. Por las características de los puntos de acceso instalados, la conectividad a la red inalámbrica es bastante restringido, pues aproximadamente después de que 8 usuarios se conectan a la red, el acceso a la misma se bloquea y no permite la conexión de nuevos usuarios a un determinado punto de acceso. Por otro lado, la cobertura de la red inalámbrica es pobre, limitándose al centro de los edificios Pichincha, Toachi y Pilatón (ya que en las oficinas y habitaciones ubicadas en los extremos de los edificios no hay señal), así como a los edificios de Bodega y Gestión Social. No hay cobertura de red inalámbrica en las áreas abiertas de “La Palma”, en los edificios de Mantenimiento, Entretenimiento y tampoco en los Comedores. La cobertura de telefonía móvil es precaria o inexistente en muchos lugares dentro del campamento. 33.

(42) La red funciona en capa 2, a través de 14 switches dispuestos en los diferentes edificios del campamento. Al cuarto de comunicaciones, ubicado en la planta baja del Edificio Pichincha, llegan dos enlaces de fibra óptica provistos por la unidad de negocio Transelectric, los mismos que se van a dos conversores individuales cuya salida se conecta a dos interfaces del dispositivo de seguridad perimetral marca Checkpoint, encargado del enrutamiento del tráfico de toda la red. Cada enlace de fibra provee el servicio de internet y el servicio de transporte de datos desde y hacia la WAN de CELEC EP, respectivamente. Cada puesto de trabajo cuenta con un punto eléctrico y un punto de datos. El punto de datos se encuentra conectado a la interfaz LAN de un teléfono Alcatel IP Touch 4018 y el computador se encuentra conectado a la interfaz PC del mismo teléfono. Cada teléfono IP Alcatel se encuentra energizado a través de un transformador de la misma marca conectado a un punto eléctrico. Debido a la pobre calidad de energía eléctrica y cortes frecuentes de suministro que existen en “La Palma”, los transformadores se han ido dañando y actualmente existen alrededor de 15 funcionarios que no cuentan con servicio de telefonía fija y que deben compartir extensión telefónica con otra persona, por la imposibilidad de energizar a estos teléfonos. Por otro lado, cuando existe indisponibilidad del servicio eléctrico, hecho que ocurre de manera frecuente, los teléfonos se apagan y provocando que “La Palma” no tenga comunicación con el exterior. Algo similar ocurre con los puntos de acceso inalámbricos, que se conectan a la red de alimentación eléctrica a través de transformadores de la misma marca del equipo. Se evidencia una pobre disponibilidad de la red LAN, que presenta picos de saturación y la consecuente caída del servicio de internet, así como una excesiva lentitud de las aplicaciones y servicios corporativos a los que se accede a través de la red de área extendida de CELEC EP. Debido a la falta de seguridades físicas y lógicas, es frecuente que los usuarios desconecten un equipo de impresión o de computación personal para conectar puntos de acceso de su propiedad, lo que provoca conflictos en la red y recurrentes suspensiones del servicio. Esta realidad provoca que en “La Palma” no se cuente con las seguridades de red que corresponden a una dependencia de uno de los Sectores Estratégicos del Ecuador, como lo es la ELECTRICIDAD.. 34.

(43) Topología de red En la Empresa Pública Estratégica Corporación Eléctrica del Ecuador CELEC EP se tienen servicios y aplicaciones corporativas que son usadas por el personal a nivel nacional y son provistos principalmente por tres unidades de negocio. •. Hidropaute: Servicio de correo electrónico, directorio activo (a través de un. controlador de dominio para cada unidad de negocio), mesa de ayuda, servidor web, almacenamiento de información a través de nube privada. •. Matriz: Aplicativo de control de personal y manejo de nómina, ERP (Enterprise. Resource Program) corporativo. •. Transelectric: Transporte de datos y conexión de las localidades de CELEC EP a la. red de área extendida a través de la red nacional de fibra óptica. CELEC EP Hidrotoapi cuenta con un centro de datos ubicado en sus oficinas de Quito, en donde se encuentran dos hosts físicos, sobre los cuales se han levantado máquinas virtuales que proveen diferentes servicios tanto a Quito como a campamento “La Palma”. •. Almacenamiento, respaldo y administración de accesos a información crítica para. el desarrollo del Proyecto. •. Consulta de movimientos financieros realizados antes del año 2012.. •. Telefonía fija (VoIP). •. Consulta de registro de asistencia del personal.. Es pertinente señalar que la red de las oficinas de Quito cuenta con segmentación lógica a través de VLANs. En el cuarto de comunicaciones de “La Palma” se encuentra un servidor tipo micro torre, que actúa como host físico sobre el cual se tienen levantados dos servidores, un controlador de dominio (réplica de la máquina virtual que se encuentra en la infraestructura de Hidropaute) y un servidor de descarga y gestión de actualizaciones.. Topología lógica En la Figura 2.2 se muestra la topología lógica de la red de campamento “La Palma”, cuyo centro es el dispositivo de seguridad perimetral marca CheckPoint, que tiene activas dos. 35.