ALIVIO DE LA CONGESTIÓN EN LA RED

Los switches LAN tienen características especiales que los hacen eficaces para aliviar la congestión de una red. De manera predeterminada, los puertos de switch interconectados tratan de establecer un enlace en dúplex completo y por lo tanto se eliminan los dominios de colisión. Cada puerto dúplex completo del switch ofrece el ancho de banda completo a los dispositivos conectados a dicho puerto. Una conexión dúplex completo puede transportar las señales transmitidas y recibidas al mismo tiempo. Las conexiones dúplex completo aumentaron notablemente el rendimiento de las redes LAN y se requieren para velocidades de Ethernet de 1 Gb/s y superiores.

Los switches interconectan segmentos LAN, usan una tabla de direcciones MAC para determinar el segmento al que deben enviar la trama y pueden reducir o eliminar las colisiones por completo. A continuación, se detallan algunas características importantes de los switches que contribuyen a aliviar la congestión de la red:

Alta densidad de puertos: los switches tienen altas densidades de puertos; los switches de 24 y 48 puertos con frecuencia son solo una unidad de rack y funcionan a velocidades de 100 Mb/s, 1 Gb/s y 10 Gb/s. Los switches empresariales grandes pueden admitir cientos de puertos.

Búfers grandes para tramas: la capacidad de almacenar más tramas recibidas antes de comenzar a descartarlas es útil, especialmente cuando puede haber puertos congestionados conectados a servidores o a otras partes de la red.

Velocidad del puerto: según el costo de un switch, es posible que admita una combinación de velocidades. Los puertos de 100 Mb/s y de 1 Gb/s o 10 Gb/s son comunes (también puede haber de 100 Gb/s).

Switching interno rápido: la capacidad de reenvío interno rápido promueve un alto rendimiento. El método que se usa puede ser un bus interno o una memoria compartida de gran velocidad, lo que afecta el rendimiento general del switch.

Bajo costo por puerto: los switches proporcionan una alta densidad de puertos a menor costo.

DOMINIOS DE COLISIONES

En los segmentos Ethernet basados en hubs, los dispositivos de red compiten por el medio, porque los dispositivos deben turnarse durante la transmisión. Los segmentos de red que comparten el mismo ancho de banda entre dispositivos se conocen como dominios de colisión. Cuando dos o más dispositivos del mismo dominio de colisión tratan de comunicarse al mismo tiempo, se produce una colisión.

Si un puerto de switch Ethernet está funcionando en modo semidúplex, cada segmento se encuentra en su propio dominio de colisión. Sin embargo, los puertos de switch Ethernet que funcionan en modo dúplex completo eliminan las colisiones; por lo tanto, no hay dominio de colisión. De forma predeterminada, los puertos de switch Ethernet autonegocian el dúplex completo cuando el dispositivo adyacente también puede funcionar en modo dúplex completo. Si el puerto del switch está conectado a un dispositivo que funciona en semidúplex, como por ejemplo un hub antiguo, el puerto de switch funcionará en modo semidúplex. En el caso de semidúplex, el puerto de switch formará parte de un dominio de colisión.

Como se muestra en la figura, se elige dúplex completo si ambos dispositivos cuentan con la funcionalidad, junto con su ancho de banda común más elevado.

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FUNCIÓN DE LAS REDES CONMUTADAS

La función de las redes conmutadas evolucionó notablemente en las dos últimas décadas. No hace mucho tiempo, las redes conmutadas planas de capa 2 eran lo habitual. Las redes conmutadas planas de capa 2 dependían de Ethernet y del uso generalizado de los repetidores hub para propagar el tráfico LAN a través de una organización. Como se muestra en la figura 1, las redes se cambiaron básicamente por LAN conmutadas en la red jerárquica. Las LAN conmutadas brindan más flexibilidad, administración de tráfico y características adicionales:

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  • Calidad de servicio
  • Seguridad adicional
  • Compatibilidad con tecnología de redes y conectividad inalámbricas
  • Compatibilidad con tecnologías nuevas, como la telefonía IP y los servicios de movilidad

En la figura 2, se muestra el diseño jerárquico utilizado en las redes conmutadas sin fronteras.

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CAPAS DE ACCESO, DISTRIBUCIÓN Y DE NÚCLEO CENTRAL

Capa de acceso

La capa de acceso representa el perímetro de la red, por donde entra o sale el tráfico de la red del campus. Tradicionalmente, la función principal de los switches de capa de acceso es proporcionar acceso de red al usuario. Los switches de capa de acceso se conectan a los switches de capa de distribución, que implementan tecnologías de base de red como el routing, la calidad de servicio y la seguridad.

Para satisfacer las demandas de las aplicaciones de red y de los usuarios finales, las plataformas de switching de última generación ahora proporcionan servicios más convergentes, integrados e inteligentes a diversos tipos de terminales en el perímetro de la red. La incorporación de inteligencia en los switches de capa de acceso permite que las aplicaciones funcionen de manera más eficaz y segura en la red.

Capa de distribución

La capa de distribución interactúa entre la capa de acceso y la capa de núcleo para proporcionar muchas funciones importantes, incluidas las siguientes:

Agregar redes de armario de cableado a gran escala.

Agregar dominios de difusión de capa 2 y límites de routing de capa 3.

Proporcionar funciones inteligentes de switching, de routing y de política de acceso a la red para acceder al resto de la red.

Proporcionar una alta disponibilidad al usuario final mediante los switches de capa de distribución redundantes, y rutas de igual costo al núcleo.

Proporcionar servicios diferenciados a distintas clases de aplicaciones de servicio en el perímetro de la red.

Capa de núcleo central

La capa de núcleo es el troncal de una red. Esta conecta varias capas de la red de campus. La capa de núcleo funciona como agregador para el resto de los bloques de campus y une el campus con el resto de la red. El propósito principal de la capa de núcleo es proporcionar el aislamiento de fallas y la conectividad de backbone de alta velocidad.

En la figura 1, se muestra un diseño de red de campus de tres niveles para organizaciones donde las capas de acceso, de distribución y de núcleo están separadas. Para armar un diseño de disposición de cables físicos simplificado, escalable, rentable y eficaz, se recomienda armar una topología de red física en estrella extendida desde una ubicación central en un edificio hacia el resto de los edificios en el mismo campus.

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En algunos casos donde no existe una red física o una escalabilidad de red extensa, no es necesario mantener capas principales y de distribución separadas. En las ubicaciones de campus más pequeñas donde hay menos usuarios que acceden a la red, o en los sitios de campus que constan de un único edificio, puede no ser necesario que las capas de núcleo y de distribución estén separadas. En esta situación, la recomendación es el diseño alternativo de red de campus de dos niveles, también conocido como “diseño de red de núcleo contraído”.

En la figura 2, se muestra un ejemplo de diseño de red de campus de dos niveles para un campus empresarial donde las capas de distribución y de núcleo se contraen en una única capa.

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JERARQUÍA EN LAS REDES CONMUTADAS SIN FRONTERAS

La creación de una red conmutada sin fronteras requiere el uso de principios de diseño de red sólidos para asegurar la máxima disponibilidad, flexibilidad, seguridad y facilidad de administración. Las redes conmutadas sin fronteras deben funcionar según los requisitos actuales y los servicios y las tecnologías que se requerirán en el futuro. Las pautas de diseño de las redes conmutadas sin fronteras se basan en los siguientes principios:

  • Jerarquía: facilita la comprensión de la función de cada dispositivo en cada nivel, simplifica la implementación, el funcionamiento y la administración, y reduce los dominios de error en cada nivel.
  • Modularidad: permite la expansión de la red y la habilitación de servicios integrados sin inconvenientes y a petición.
  • Capacidad de recuperación: satisface las expectativas del usuario al mantener la red siempre activa.
  • Flexibilidad: permite compartir la carga de tráfico de forma inteligente mediante el uso de todos los recursos de red.

Estos no son principios independientes. Es fundamental comprender cómo encaja cada principio en el contexto de los demás. El diseño jerárquico de una red conmutada sin fronteras sienta una base que permite que los diseñadores de red superpongan las características de seguridad, movilidad y comunicación unificada. Los modelos de capas de tres y dos niveles, como los que se muestran en las figuras 1 y 2, son marcos de diseño jerárquico doblemente comprobados para las redes de campus.

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Las tres capas fundamentales dentro de estos diseños con niveles son las capas de acceso, de distribución y de núcleo. Cada capa se puede considerar como un módulo estructurado bien definido, con funciones y roles específicos en la red de campus. La introducción de la modularidad en el diseño jerárquico del campus asegura aún más que la red del campus mantenga la resistencia y la flexibilidad suficientes para proporcionar servicios de red fundamentales. La modularidad también permite el crecimiento y los cambios que ocurren con el tiempo.