Visión general del diseño de red

Podcast de Redes de Eduardo Collado

Modelo jerárquico de red

El Modelo Jerárquico de Red es un enfoque fundamental en el diseño de redes, especialmente enfatizado en las metodologías de diseño de Cisco. Este modelo estructura la red en capas distintas, cada una con roles y funciones específicos. La división en capas ayuda a simplificar el diseño, facilita la escalabilidad, mejora el rendimiento, la mantenibilidad y la gestión de la red. Las tres capas principales del modelo jerárquico de red son acceso, distribución y core:

1. Capa de Acceso

• Función Principal: Esta capa es el punto de entrada a la red para los dispositivos de usuario final, como ordenadores, impresoras y switches de acceso.
• Características:
  • Conexión de Dispositivos: Proporciona conectividad y puntos de acceso para los dispositivos de usuario.
  • Control de Acceso: Implementa políticas de seguridad y control de acceso, como listas de control de acceso (ACL), filtrado de tráfico y autenticación.
  • Calidad de Servicio (QoS): Puede aplicar políticas de QoS para manejar el tráfico prioritario, como voz y video.
  • Conmutación de VLAN: Agrupa usuarios en subredes lógicas (VLAN) para mejorar la administración y la seguridad.

2. Capa de Distribución

• Función Principal: Actúa como intermediario entre la capa de acceso y la capa de núcleo. Agrega los datos que vienen de la capa de acceso y los encamina hacia la capa de núcleo.
• Características:
  • Routing y Filtrado: Realiza el encaminamiento entre VLANs y puede aplicar políticas de filtrado y seguridad.
  • Redundancia y Balanceo de Carga: Proporciona redundancia y balance de carga a través de múltiples conexiones a la capa de núcleo.
  • QoS: Políticas de QoS más complejas para administrar el tráfico de red.
  • Aislamiento de Problemas: Ayuda a limitar y aislar problemas de red para no afectar a todo el sistema.

3. Capa de Core (Núcleo)

• Función Principal: El backbone de alta velocidad que interconecta diferentes partes de la red.
• Características:
  • Alto Rendimiento y Velocidad: Diseñada para transportar grandes cantidades de tráfico de manera rápida y fiable.
  • Redundancia: Alta disponibilidad a través de redundancia y conmutación por error.
  • Escalabilidad: Capacidad para crecer y expandirse sin afectar significativamente el rendimiento.
  • Routing Rápido: Encaminamiento rápido y eficiente entre las subredes.

Beneficios del Modelo Jerárquico

• Facilidad de Administración: Permite administrar y solucionar problemas en segmentos específicos de la red sin afectar otros.
• Escalabilidad: Facilita la adición de nuevos dispositivos y servicios sin grandes reestructuraciones.
• Rendimiento Optimizado: Minimiza la latencia al proporcionar rutas directas y eficientes para el tráfico de red.
• Seguridad Mejorada: Permite aplicar políticas de seguridad de manera más eficiente y controlada.
• Redundancia: Asegura la continuidad del negocio mediante la implementación de rutas alternativas y redundancia en caso de fallos.

Este modelo es ampliamente utilizado en el diseño de redes empresariales debido a su eficacia para crear redes estables, escalables y manejables. En entornos complejos, como los centros de datos o las redes de campus grandes, el modelo jerárquico de red es esencial para garantizar un rendimiento de red óptimo y una administración eficiente.

Diseño de red modular

El diseño de red modular es una metodología de diseño de redes que enfatiza la división de la red en módulos o bloques funcionales distintos. Este enfoque ofrece una estructura flexible, escalable y fácil de gestionar. En lugar de ver la red como una entidad única y monolítica, el diseño modular la considera como una colección de módulos interconectados, cada uno diseñado para realizar funciones específicas. Esta metodología se alinea bien con el modelo jerárquico de redes, pero agrega una capa adicional de estructuración y eficiencia.

Componentes Clave del Diseño de Red Modular

Lo primero a tener en cuenta es que Cisco divide la red en tres partes bien diferenciadas, lo que llama el Enterprise Campus, el Enterprise Edge e Internet

Enterprise Campus

1. Core (Núcleo): Similar al modelo jerárquico, el núcleo de la red proporciona un transporte rápido y confiable a través de la red. Este módulo está diseñado para ser altamente disponible y confiable.
2. Módulos de Distribución: Interconectan los diferentes módulos de acceso y enrutamiento entre ellos. También pueden aplicar políticas de seguridad, QoS y segmentación.
3. Módulos de Acceso: Conectan dispositivos de usuario final y aplican políticas de acceso a la red. Estos módulos incluyen switches de acceso, puntos de acceso inalámbrico y otros dispositivos periféricos.
4. Módulos de Data Center o Granjas de servidores: Diseñados específicamente para las necesidades de los centros de datos, estos módulos manejan el tráfico de alta densidad y proporcionan conectividad para servidores, almacenamiento y recursos de computación.

Enterprise Edge

1. Módulos de Servicios de Red: Incluyen servicios como balanceo de carga, encriptación, prevención de intrusiones y filtrado de contenido.
2. Módulos de Sucursal (Branch): Diseñados para redes de sucursales, estos módulos se centran en proporcionar conectividad local y acceso a recursos centralizados.
3. Módulos de acceso remoto: Diseñados para dar acceso a usuarios remotos, los conocidos roadwarriors

Internet

Aquí tendríamos los módulos de conectividad pura con el exterior como los diferentes ISPs, redes de voz, de tránsitos, etc.

Beneficios del Diseño de Red Modular

• Escalabilidad: Facilita la expansión de la red. Se pueden agregar nuevos módulos o mejorar los existentes sin reestructurar toda la red.
• Flexibilidad: Permite personalizar cada módulo para satisfacer requisitos específicos, lo que es particularmente útil en redes que deben atender diversas necesidades operativas o de negocio.
• Facilidad de Gestión: Al dividir la red en módulos manejables, la resolución de problemas, el mantenimiento y las actualizaciones se simplifican.
• Rendimiento Optimizado: Cada módulo puede ser optimizado para su función específica, mejorando el rendimiento general de la red.
• Redundancia y Resiliencia: El diseño modular permite implementar redundancia a nivel de módulo, mejorando la resiliencia general de la red.

Implementación del Diseño Modular

La implementación de un diseño de red modular requiere una planificación cuidadosa y un entendimiento profundo de las necesidades del negocio y los requisitos técnicos. Los pasos típicos incluyen:

1. Análisis de Requisitos: Comprender las necesidades actuales y futuras del negocio y cómo la red puede apoyarlas.
2. Diseño de Módulos: Diseñar cada módulo de acuerdo con sus funciones y requisitos específicos.
3. Integración y Pruebas: Asegurar que los módulos trabajen juntos de manera efectiva y realizar pruebas exhaustivas.
4. Implementación y Despliegue: Implementar los módulos de manera escalonada para minimizar la interrupción.
5. Mantenimiento y Actualización: Facilitar el mantenimiento y las actualizaciones debido a la naturaleza modular de la red.

Consideraciones de ancho de banda y latencia

Las consideraciones de ancho de banda y latencia son cruciales en el diseño de redes, ya que tienen un impacto directo en el rendimiento y la eficiencia de la comunicación de datos. Aquí exploramos qué son y cómo impactan en el diseño de redes:

Ancho de Banda

1. Definición: El ancho de banda se refiere a la capacidad de una conexión de red para transportar datos en un período específico, generalmente medido en bits por segundo (bps).
2. Importancia en el Diseño de Redes:
   • Determinar Capacidad: La cantidad de ancho de banda disponible determina cuántos datos pueden fluir a través de la red en un momento dado. Es fundamental dimensionar adecuadamente el ancho de banda para cumplir con los requisitos de tráfico de la red.
   • Evolución de las Necesidades: Con el aumento del uso de aplicaciones intensivas en datos como videoconferencias, streaming y almacenamiento en la nube, el diseño de la red debe contemplar un ancho de banda suficiente para soportar estas aplicaciones.
   • Distribución del Ancho de Banda: En el diseño de red, es importante no solo la cantidad total de ancho de banda, sino también cómo se distribuye y gestiona entre los diferentes segmentos y usuarios de la red.

Latencia

1. Definición: La latencia es el tiempo que tarda un paquete de datos en viajar desde su origen hasta su destino. Se mide en milisegundos (ms).
2. Impacto en el Diseño de Redes:
   • Experiencia del Usuario: La latencia baja es crucial para aplicaciones en tiempo real como VoIP, videoconferencias y juegos en línea. Una latencia alta puede resultar en retrasos perceptibles y mala calidad de servicio.
   • Enrutamiento y Topología de Red: La latencia está influenciada por la distancia física que los datos deben recorrer y por la cantidad de saltos (hops) en la red. Por lo tanto, el diseño de red debe considerar la topología y el enrutamiento para minimizar la latencia.
   • Equipos y Tecnologías: La elección de equipos (como switches y routers) y tecnologías (como Ethernet o fibra óptica) puede tener un impacto significativo en la latencia.

Consideraciones Conjuntas

• Balance entre Ancho de Banda y Latencia: A menudo, aumentar el ancho de banda no reduce la latencia. Por ejemplo, una conexión de Internet más rápida (mayor ancho de banda) no necesariamente significa una menor latencia. Ambas necesidades deben equilibrarse según los requerimientos específicos de la red.
• Análisis de Tráfico: Comprender el tipo de tráfico en la red (por ejemplo, tráfico de datos pesados vs. comunicaciones en tiempo real) es fundamental para tomar decisiones informadas sobre ancho de banda y latencia.
• Calidad de Servicio (QoS): Implementar QoS puede ayudar a gestionar tanto el ancho de banda como la latencia, priorizando ciertos tipos de tráfico sobre otros.
• Pruebas y Monitoreo: Es vital realizar pruebas regulares y monitorear el rendimiento de la red para asegurar que tanto el ancho de banda como la latencia se mantengan dentro de los parámetros aceptables.

Redundancia y alta disponibilidad

La redundancia y la alta disponibilidad son componentes esenciales en el diseño de redes para asegurar la continuidad y fiabilidad del servicio. En el contexto de la red, estos conceptos se refieren a la capacidad de una red para mantener la conectividad continua y el rendimiento, incluso frente a fallos de hardware o software. Varios protocolos y tecnologías como EtherChannel, HSRP, VRRP y GLBP juegan un papel importante en la implementación de estas características:

EtherChannel

1. Descripción: EtherChannel es una tecnología de Cisco que permite agrupar múltiples enlaces físicos Ethernet en un único enlace lógico.
2. Beneficios en Redundancia:
   • Aumento de Ancho de Banda: Al combinar varios enlaces, EtherChannel incrementa el ancho de banda total disponible entre dos dispositivos.
   • Redundancia: Si un enlace individual falla, el tráfico se redistribuye automáticamente a los otros enlaces del grupo sin interrupción del servicio.
   • Balanceo de Carga: Distribuye el tráfico de red de manera eficiente a través de los enlaces agrupados.

HSRP (Hot Standby Router Protocol)

1. Descripción: HSRP es un protocolo de redundancia de Cisco que proporciona alta disponibilidad de enrutador. Permite a dos o más enrutadores trabajar juntos para presentar la apariencia de un único enrutador virtual a los hosts en la red.
2. Funcionamiento: Uno de los routers es designado como el router activo, y otro como el router en espera (standby). Si el router activo falla, el router en espera toma el control, asegurando la continuidad del servicio.
3. Aplicaciones: Comúnmente utilizado para garantizar la disponibilidad de la puerta de enlace predeterminada en una red local.

VRRP (Virtual Router Redundancy Protocol)

1. Descripción: VRRP es un protocolo estándar que realiza una función similar a HSRP. Permite a varios enrutadores formar un único enrutador virtual.
2. Ventajas: VRRP es un protocolo abierto, lo que significa que puede ser utilizado en equipos de diferentes fabricantes.
3. Funcionamiento: Al igual que HSRP, VRRP designa un router como el maestro y los otros como respaldos. El router maestro maneja el tráfico hasta que falla, momento en el cual uno de los routers de respaldo toma el control.

GLBP (Gateway Load Balancing Protocol)

1. Descripción: GLBP, un protocolo de Cisco, permite la distribución automática de tráfico de salida entre múltiples routers (puertas de enlace) en una LAN.
2. Funcionalidades Clave:
   • Balanceo de Carga: A diferencia de HSRP y VRRP, GLBP no solo proporciona redundancia sino también balanceo de carga, distribuyendo el tráfico entre todos los routers disponibles.
   • Múltiples Enrutadores Virtuales: Permite a cada router en el grupo GLBP ser utilizado para encaminamiento de tráfico, maximizando el uso de los recursos de red.

Implementación en el Diseño de Redes

• Planificación: Determinar las necesidades de redundancia y alta disponibilidad basándose en los requisitos de la red y los niveles de servicio deseados.
• Configuración Adecuada: Configurar correctamente los protocolos y tecnologías es vital para asegurar que funcionen como se espera en escenarios de falla.
• Pruebas: Realizar pruebas exhaustivas para asegurar que la redundancia y el balanceo de carga funcionen correctamente bajo diferentes condiciones de red.

En resumen, EtherChannel, HSRP, VRRP y GLBP son herramientas esenciales en el diseño de redes para asegurar la redundancia y la alta disponibilidad. La selección y configuración adecuada de estas tecnologías dependen de los requisitos específicos de la red y pueden tener un impacto significativo en la resiliencia y eficiencia de la infraestructura de red.

Tecnologías de encaminamiento y conmutación

Comprende protocolos como OSPF, ISIS, BGP, y STP.

Las tecnologías de encaminamiento y conmutación son fundamentales en el diseño y operación de redes. Entre las tecnologías más importantes se encuentran los protocolos de encaminamiento como OSPF, ISIS y BGP, así como protocolos de conmutación como STP. Aquí te explico cada uno de ellos:

OSPF (Open Shortest Path First)

1. Descripción: OSPF es un protocolo de routing de estado de enlace que utiliza el algoritmo de Dijkstra para calcular la ruta más corta a cada red.
2. Características:
   • Protocolo Interior (IGP): Utilizado dentro de un solo sistema autónomo.
   • División en Áreas: Reduce la sobrecarga en redes grandes al dividir la red en áreas jerárquicas.
   • Actualizaciones Eficientes: Solo envía actualizaciones cuando hay un cambio en la topología de la red.

ISIS (Intermediate System to Intermediate System)

1. Descripción: ISIS es otro protocolo de routinhg de estado de enlace muy similar a OSPF en su funcionamiento.
2. Diferencias con OSPF:
   • Más adecuado para redes grandes y complejas: A menudo se considera más escalable que OSPF.
   • Integración con MPLS: Comúnmente utilizado en redes que implementan MPLS.

BGP (Border Gateway Protocol)

1. Descripción: BGP es el protocolo de routing estándar utilizado para intercambiar información de routing entre sistemas autónomos en Internet.
2. Funciones Clave:
   • Protocolo Exterior (EGP): Facilita la comunicación entre diferentes sistemas autónomos.
   • Políticas de Enrutamiento: Permite definir políticas de routing complejas basadas en AS_PATH, prefijos y otros atributos BGP.

STP (Spanning Tree Protocol)

1. Descripción: STP es un protocolo de conmutación diseñado para prevenir bucles de red en topologías con enlaces redundantes.
2. Funcionamiento:
   • Bloqueo de Puertos Redundantes: STP automáticamente bloquea algunos de los puertos redundantes y mantiene una única topología activa para evitar bucles.
   • Elección de root bridge (Puente Raíz): Elige un puente raíz (switch) en la red y calcula la ruta más corta a este puente para cada switch.

Consideraciones en el Diseño de Red

• Selección del Protocolo: La elección del protocolo de routing depende de factores como el tamaño de la red, la estructura, las necesidades de routing y si la red es interna (IGP) o necesita comunicarse con otras redes (EGP).
• Escalabilidad y Complejidad: Protocolos como OSPF e ISIS son adecuados para redes grandes y complejas, mientras que BGP es esencial para el routing entre sistemas autónomos.
• Prevención de Bucles: STP es crucial en redes con enlaces redundantes para prevenir bucles de red, que pueden causar serios problemas de rendimiento y estabilidad.

En el diseño de redes, la comprensión y correcta implementación de estas tecnologías de routing y conmutación (switching) es vital para garantizar una red eficiente, segura y escalable. Cada tecnología tiene sus fortalezas y usos específicos, y a menudo se utilizan en combinación para satisfacer los diversos requisitos de una red moderna.

Diseños de Data Center

Incluye arquitecturas como la espina dorsal-hoja (Spine-Leaf) y consideraciones para virtualización y almacenamiento.

Los diseños de red de Data Center han evolucionado significativamente para acomodar las crecientes demandas de procesamiento, almacenamiento y virtualización. Uno de los diseños más prominentes y eficientes es el diseño Spine-Leaf. Además, las consideraciones de virtualización y almacenamiento son cruciales en los centros de datos modernos.

Diseño Spine-Leaf

1. Descripción: El diseño Spine-Leaf es una arquitectura de red de dos capas que consiste en switches spine (columna vertebral) y switches leaf (hoja).
2. Funcionamiento:
   • Switches Leaf: Cada switch leaf se conecta a cada switch spine. Los switches leaf se conectan directamente a los servidores, almacenamiento y otros dispositivos.
   • Switches Spine: Los switches spine forman la columna vertebral de la red, interconectando todos los switches leaf.
3. Beneficios:
   • Escalabilidad: Fácil de escalar horizontalmente añadiendo más switches leaf y spine.
   • Rendimiento: Minimiza la latencia al reducir los saltos (hops) entre los dispositivos.
   • Flexibilidad: Permite una mayor flexibilidad en la gestión de tráfico, ya que cada dispositivo está a la misma distancia de cualquier otro.
   • Redundancia: Proporciona alta redundancia y evita puntos únicos de falla.

Consideraciones de Virtualización

1. Redes Virtuales: Con la virtualización, las redes virtuales se superponen a la red física, lo que requiere un diseño que soporte la segmentación y el aislamiento efectivo del tráfico.
2. Overlays de Red: Tecnologías como VXLAN pueden utilizarse para crear redes superpuestas, proporcionando flexibilidad y escalabilidad.
3. Automatización y Orquestación: La virtualización necesita una gestión eficiente, que a menudo se logra mediante la automatización y la orquestación de recursos de red.

Consideraciones de Almacenamiento

1. Almacenamiento en Red (NAS/SAN): Las redes de Data Center deben diseñarse teniendo en cuenta la conectividad a soluciones de almacenamiento en red, como NAS (Network Attached Storage) y SAN (Storage Area Network).
2. I/O de Almacenamiento: El diseño debe considerar las intensas demandas de I/O que el almacenamiento puede ejercer sobre la red.
3. Tecnologías de Convergencia: La convergencia de redes y almacenamiento, como en FCoE (Fibre Channel over Ethernet), requiere un diseño de red que pueda manejar ambos tipos de tráfico eficientemente.
4. Alta Disponibilidad: El almacenamiento crítico debe ser altamente disponible, lo que implica redundancia en la red y caminos múltiples para asegurar la continuidad del acceso al almacenamiento.

Preguntas y respuestas

1. ¿Qué es el Modelo Jerárquico de Red?
   • Es un enfoque en el diseño de redes que estructura la red en capas distintas (acceso, distribución y core) para optimizar el rendimiento, la escalabilidad y la disponibilidad.
2. ¿Cuáles son las tres capas principales del modelo jerárquico de red?
   • Las capas son: Capa de Acceso, Capa de Distribución y Capa de Núcleo.
3. ¿Qué función tiene la Capa de Acceso en el modelo jerárquico?
   • Su función principal es ser el punto de entrada a la red para dispositivos de usuario final, implementando políticas de seguridad y control de acceso.
4. ¿Qué caracteriza a la Capa de Distribución?
   • Actúa como intermediario entre la capa de acceso y la capa de núcleo, realizando enrutamiento entre VLANs y aplicando políticas de filtrado y seguridad.
5. ¿Cuál es la función principal de la Capa de Núcleo?
   • Sirve como el backbone de alta velocidad que interconecta diferentes partes de la red, con un enfoque en alto rendimiento y velocidad.
6. ¿Qué beneficios ofrece el Modelo Jerárquico?
   • Ofrece facilidad de administración, escalabilidad, rendimiento optimizado, seguridad mejorada y redundancia.
7. ¿En qué consiste el diseño de red modular?
   • Es una metodología que divide la red en módulos funcionales, ofreciendo una estructura flexible, escalable y fácil de gestionar.
8. ¿Cuáles son algunos componentes clave del diseño de red modular?
   • Incluyen Core, Módulos de Distribución, Módulos de Acceso, Módulos de Data Center, Módulos de Servicios de Red y Módulos de Sucursal.
9. ¿Por qué son importantes las consideraciones de ancho de banda y latencia?
   • Son cruciales para garantizar un rendimiento de red adecuado, especialmente en aplicaciones sensibles al tiempo.
10. ¿Qué es el ancho de banda en el contexto de redes?
    • Es la capacidad de una conexión de red para transportar datos en un período específico, generalmente medido en bits por segundo.
11. ¿Cómo impacta la latencia en el diseño de redes?
    • Afecta la experiencia del usuario, especialmente en aplicaciones en tiempo real, y es influenciada por la topología y el enrutamiento de la red.
12. ¿Qué es EtherChannel y qué beneficios aporta?
    • Es una tecnología que agrupa múltiples enlaces Ethernet en un enlace lógico, proporcionando aumento de ancho de banda y redundancia.
13. ¿Qué es HSRP y para qué se utiliza?
    • HSRP (Hot Standby Router Protocol) es un protocolo de redundancia que proporciona alta disponibilidad de enrutador en redes.
14. ¿Qué son OSPF, ISIS, BGP y STP?
    • Son protocolos de enrutamiento y conmutación importantes en redes: OSPF y ISIS para enrutamiento interno, BGP para enrutamiento entre sistemas autónomos y STP para prevenir bucles de red.
15. ¿Qué es el diseño Spine-Leaf en Data Centers?
    • Es una arquitectura de red de dos capas que consiste en switches spine y leaf, ofreciendo escalabilidad y rendimiento.
16. ¿Cómo influye la virtualización en el diseño de redes de Data Centers?
    • La virtualización requiere redes que soporten segmentación y aislamiento efectivo del tráfico, además de automatización y orquestación.
17. ¿Qué consideraciones son importantes para el almacenamiento en redes de Data Center?
    • Incluyen conectividad a soluciones de almacenamiento en red, demandas de I/O y tecnologías de convergencia como FCoE.
18. ¿Qué papel juega la redundancia en el diseño de redes?
    • Asegura la continuidad y fiabilidad del servicio mediante la implementación de rutas alternativas y redundancia en caso de fallos.
19. ¿Cómo se implementa un diseño de red modular?
    • Requiere análisis de requisitos, diseño de módulos específicos, integración y pruebas, y mantenimiento y actualización constantes.
20. ¿Qué impacto tiene el balance entre ancho de banda y latencia en el diseño de redes?
    • Un balance adecuado es crucial para soportar diversos requerimientos de la red, priorizando ciertos tipos de tráfico y asegurando el rendimiento óptimo.