Diseño Jerárquico de Redes

Se describe los principios de ingeniería estructurada para el diseño de red. También se explica las tres capas de una red jerárquica y cómo se utilizan en el diseño de red.

¡Bienvenido a CCNA desde Cero!: Este tema forma parte del Capítulo 1 del curso de Cisco CCNA 4, para un mejor seguimiento del curso puede ir a la sección CCNA 4 para guiarse del índice.

Cuando se analiza el diseño de red, es útil categorizar las redes según la cantidad de dispositivos que se atienden:

  • Red pequeña: proporciona servicios para hasta 200 dispositivos.
  • Red mediana: proporciona servicios para 200 a 1000 dispositivos.
  • Red grande: proporciona servicios para más de 1000 dispositivos.

Los diseños de red varían según el tamaño y las necesidades de las organizaciones.

A continuación, se presentan los conceptos, los principios, los modelos y las arquitecturas del diseño de red.

1. Requisitos de la red

Existen muchas variables para tener en cuenta al diseñar una red. Tenga en cuenta el ejemplo de la ilustración. El diagrama de topología de alto nivel de ejemplo es para una red empresarial grande que consta de un campus principal que conecta sitios pequeños, medianos y grandes.

Diseño de una red empresarial grande

Imagen 1: Diseño de una red empresarial grande

El diseño de red es un área en expansión y requiere mucho conocimiento y experiencia. El objetivo de esta sección es presentar conceptos de diseño de red ampliamente aceptados.

Nota: Cisco Certified Design Associate (CCDA®) es una certificación reconocida en el sector para los ingenieros y técnicos de diseño de red, que demuestran las habilidades requeridas para diseñar redes básicas de campus, de centro de datos, de seguridad, de voz e inalámbricas.

2. Principios de ingeniería estructurada

Independientemente del tamaño o los requisitos de la red, un factor fundamental para la correcta implementación de cualquier diseño de red es seguir buenos principios de ingeniería estructurada:

  • Jerarquía: un modelo de red jerárquico es una herramienta útil de alto nivel para diseñar una infraestructura de red confiable. Divide el problema complejo del diseño de red en áreas más pequeñas y más fáciles de administrar.
  • Modularidad: al separar en módulos las diversas funciones que existen en una red, esta es más fácil diseñar. Cisco identificó varios módulos, incluido el campus empresarial, el bloque de servicios, el centro de datos e Internet perimetral.
  • Resistencia: la red debe estar disponible para que se pueda utilizar tanto en condiciones normales (períodos de mantenimiento) como anormales (fallas de hardware o de software).
  • Flexibilidad: la capacidad de modificar partes de la red, agregar nuevos servicios o aumentar la capacidad sin necesidad de realizar actualizaciones de gran importancia (es decir, reemplazar los principales dispositivos de hardware).

Para cumplir con estos objetivos fundamentales del diseño, la red se debe armar sobre la base de una arquitectura de red jerárquica que permita la flexibilidad y el crecimiento.


3. Jerarquía de red

En la tecnología de redes, un diseño jerárquico implica dividir la red en capas independientes. Cada capa (o nivel) en la jerarquía proporciona funciones específicas que definen su función dentro de la red general.

Esto ayuda al diseñador y al arquitecto de red a optimizar y seleccionar las características, el hardware y el software de red adecuados para llevar a cabo las funciones específicas de esa capa de red. Los modelos jerárquicos se aplican al diseño de LAN y WAN.

Un diseño típico de red LAN jerárquica de campus empresarial incluye las siguientes tres capas:

  • Capa de acceso: proporciona acceso a la red para los grupos de trabajo y los usuarios.
  • Capa de distribución: proporciona una conectividad basada en políticas y controla el límite entre las capas de acceso y de núcleo.
  • Capa de núcleo: proporciona un transporte rápido entre los switches de distribución dentro del campus empresarial.

El beneficio de dividir una red plana en bloques más pequeños y fáciles de administrar es que el tráfico local sigue siendo local. Sólo el tráfico destinado a otras redes se traslada a una capa superior.

Los dispositivos de Capa 2 en una red plana brindan pocas oportunidades de controlar broadcasts o filtrar tráfico no deseado. A medida que se agregan más dispositivos y aplicaciones a una red plana, los tiempos de respuesta se degradan hasta que la red queda inutilizable.

diseño de red plana a un diseño de red jerárquico

Transición de un diseño de red plana a un diseño de red jerárquico.

En la Imagen 2, se muestra otro ejemplo de diseño de red jerárquico de tres capas. Observe que cada edificio utiliza el mismo modelo de red jerárquico que incluye las capas de acceso, de distribución y de núcleo.

Diseño red empresarial varios edificios

Imagen 2: Diseño de red empresarial de varios edificios

3.1. Capa de acceso

En un entorno LAN, la capa de acceso otorga acceso a la red para las terminales. En el entorno WAN, puede proporcionar acceso a la red empresarial para los trabajadores a distancia o los sitios remotos a través de conexiones WAN.

Como se muestra en la Imagen 3, la capa de acceso para la red de una pequeña empresa, por lo general, incorpora switches de capa 2 y puntos de acceso que proporcionan conectividad entre las estaciones de trabajo y los servidores.

Diseño Red Capa de acceso

Imagen 3: Capa de acceso

La capa de acceso cumple varias funciones, incluido lo siguiente:

  • Switching de capa 2
  • Alta disponibilidad
  • Seguridad del puerto
  • Clasificación y marcación de QoS, y límites de confianza
  • Inspección del protocolo de resolución de direcciones (ARP)
  • Listas de control de acceso virtual (VACL)
  • Árbol de expansión
  • Alimentación por Ethernet y VLAN auxiliares para VoIP

3.2. 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. En la Imagen 4, la capa de distribución es el límite entre los dominios de capa 2 y la red enrutada de capa 3.

Diseño red Capa de distribución

Imagen 4: Capa de distribución

El dispositivo de capa de distribución es el centro en los armarios de cableado. Para segmentar los grupos de trabajo y aislar los problemas de la red en un entorno de campus, se utiliza un router o un switch multicapa.

Un switch de capa de distribución puede proporcionar servicios ascendentes para muchos switches de capa de acceso.

La capa de distribución puede proporcionar lo siguiente:

  • Agregación de enlaces LAN o WAN.
  • Seguridad basada en políticas en forma de listas de control de acceso (ACL) y filtrado.
  • Servicios de routing entre redes LAN y VLAN, y entre dominios de routing (p. ej., EIGRP a OSPF).
  • Redundancia y balanceo de carga.
  • Un límite para la agregación y la sumarización de rutas que se configura en las interfaces hacia la capa de núcleo.
  • Control del dominio de difusión, ya que ni los routers ni los switches multicapa reenvían difusiones. El dispositivo funciona como punto de demarcación entre los dominios de difusión.

3.3. Capa de núcleo

La capa de núcleo también se conoce como “backbone de red“. La capa de núcleo consta de dispositivos de red de alta velocidad, como los switches Cisco Catalyst 6500 o 6800. Estos están diseñados para conmutar paquetes lo más rápido posible e interconectar varios componentes de campus, como módulos de distribución, módulos de servicio, el centro de datos y el perímetro de la WAN.

Como se muestra en la Imagen 5, la capa de núcleo es fundamental para la interconectividad entre los dispositivos de capa de distribución; por ejemplo, interconecta el bloque de distribución al perímetro de la WAN y de Internet.

Diseño Red Capa de núcleo

Imagen 5: Capa de núcleo

El núcleo debe tener una alta disponibilidad y debe ser redundante. El núcleo agrega el tráfico de todos los dispositivos de la capa de distribución, por lo tanto debe poder enviar grandes cantidades de datos rápidamente.

Algunas de las consideraciones en cuanto a la capa de núcleo incluyen lo siguiente:

  • Debe proporcionar switching de alta velocidad (es decir, un transporte rápido).
  • Debe proporcionar confiabilidad y tolerancia a fallas.
  • Debe lograr la escalabilidad mediante equipos más rápidos, no con más equipos.
  • Debe evitar la manipulación de paquetes que implica una gran exigencia para la CPU a causa de la seguridad, la inspección, la clasificación de la calidad de servicio (QoS) u otros procesos.

4. Diseño de núcleo contraído de dos niveles

No existen reglas absolutas sobre la forma en que se debe armar físicamente una red de campus. Si bien es cierto que muchas redes de campus se construyen con tres niveles físicos de switches, no es un requisito estricto.

Nota: En un campus más pequeño, la red puede tener dos niveles de switches en los que los elementos de núcleo y de distribución se combinan en un switch físico. Esto se denomina “diseño de núcleo contraído”.

El diseño jerárquico de tres niveles maximiza el rendimiento, la disponibilidad de la red y la capacidad de escalar el diseño de red.

Sin embargo, hay muchas redes de pequeñas empresas que no crecen mucho con el tiempo. Por lo tanto, un diseño jerárquico de dos niveles en el que las capas de núcleo y de distribución se combinan en una sola capa suele ser más práctico. Existe un “núcleo contraído” cuando las funciones de la capa de distribución y de la capa de núcleo se implementan mediante un único dispositivo. La principal motivación para elegir el diseño de núcleo contraído es la reducción de costos de la red, a la vez que se mantiene la mayoría de los beneficios del modelo jerárquico de tres niveles.

En el ejemplo de la Imagen 6, se contrajo la funcionalidad de la capa de distribución y la capa de núcleo en dispositivos de switch multicapa.

Diseño red de núcleo contraído

Imagen 6: Diseño de Núcleo Contraído

El modelo de red jerárquico proporciona un marco modular que brinda flexibilidad al diseño de red y facilita su implementación y la resolución de problemas.

Deja un Comentario

Este sitio usa Akismet para reducir el spam. Aprende cómo se procesan los datos de tus comentarios.