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Diseño jerárquico de la red

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Publicado por Edraw | 2023-12-05 16:20:36
Diseño jerárquico de la red - Capa de acceso del modelo de red jerárquico

Para cumplir los objetivos comerciales y técnic os de un cliente para un diseño de red corporativo, es posible que debas recomendar una topología de red que conste de muchos componentes interrelacionados. Esta tarea es más fácil sí aplicas al trabajo el famoso "divide y vencerás" y desarrollas el diseño en capas.
Los expertos en diseño de redes han desarrollado el modelo de red jerárquico para ayudarte a desarrollar una topología en capas discretas. Cada capa puede estar enfocada en funciones específicas, lo que te permite elegir los sistemas y las funciones correctas de cada una. Por ejemplo, los routers de alta velocidad de la WAN pueden transportar tráfico a través de la red troncal WAN corporativa, los routers de velocidad media pueden conectar los edificios de cada campus y los switches pueden conectar los dispositivos de los usuarios y los servidores dentro de los edificios.

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Una típica topología jerárquica contiene:

  1. Una capa de núcleo de routers y switches de alta velocidad que ayudan a optimizar la disponibilidad y rendimiento.
  2. Una capa de distribución de routers y switches basado en políticas.
  3. Una capa de acceso que conecta a los usuarios a través de switches de gama baja y puntos de acceso inalámbricos.

¿Por qué usar un modelo de red jerárquico?

Las redes crecen desatendidas, sin ningún plan establecido tienden a desarrollarse en un formato sin estructura. El Dr. Peter Welcher, autor de artículos sobre diseños y tecnologías de redes para Cisco World entre otras publicaciones, se refiere a las redes no planificadas como una red bola de pelos.

Welcher explica las desventajas de una topología fur-ball señalando los problemas que causan demasiadas adyacencias de CPU. Cuando los dispositivos de red se comunican con muchos otros dispositivos, la carga de trabajo requerida de los CPU en los dipositivos puede ser una carga pesada. Por ejemplo, en una red plana grande (conmutada), los paquetes de difusión son una carga pesada. Un paquete de transmisión interrumpe el CPU de cada dispositivo dentro del dominio de transmisión y demanda un tiempo de procesamiento para cada dispositivo en donde haya sido instalado la comprensión del protocolo para dicha transmisión. Esto incluye routers, estaciones de trabajo y servidores.

Otro problema potencial con las redes no jerárquicas, además de los paquetes de transmisión, es la carga de trabajo que la CPU requiere para que los routers se comuniquen con muchos otros routers y procesen numerosos anuncios de rutas. Una metodología del diseño jerárquico de la red te permite montar una topología modular que limite la cantidad de routers que se comunican.

El uso de un modelo jerárquico puede ayudarte a minimizar costos. Puedes comprar los dispositivos de interconexión de redes apropiados para cada capa de la jerarquía, evitando de este modo gastar dinero en funciones innecesarias para una capa. Ademas, la naturaleza modular del diseño jerárquico permite una planificación precisa para la capacidad dentro de cada capa de la jerarquía, lo que reduce el desperdicio de ancho de banda. La responsabilidad de la administración de la red y los sistemas de gestión de red pueden ser distribuidos en las diferentes capas de una arquitectura de red modular para controlar los costos de gestión.

La modularidad te permite mantener cada elemento del diseño de forma simple y fácil de entender. La simplicidad minimiza la necesidad de una amplia capacitación para el personal de operaciones de la red y acelera la implementación de un diseño. Probar un diseño de red es fácil ya que existe una funcionalidad clara en cada capa. Se mejora el aislamiento de fallas ya que los técnicos de red pueden reconocer de forma fácil los puntos de transición en la red, ayudándoles a aislar posibles puntos de falla.

El diseño jerárquico facilita los cambios. Como los elementos de una red requieren de cambios, el costo de realizar una actualización se limita a un pequeño subconjunto de la red general. En arquitecturas grandes de redes planas o redes en malla, los cambios tienen a impactar a un gran número de sistemas. Reemplazar un dispositivo puede afectar a numerosas redes debido a las complejas interconexiones.

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¿Cómo puedes saber que tienes un buen diseño?

Aquí hay algunas respuestas de Peter Welcher basados en los principios de la jerarquía, diseño de una red modular:

  1. Cuando ya sabes cómo agregar un nuevo edificio, piso, enlace WAN, sitio remoto, servicio de comercio electrónico, etc.
  2. Cuando las nuevas adiciones solo provocan un cambio local a los dispositivos conectados directamente.
  3. Cuando tu red puede duplicar o triplicar su tamaño sin cambios importantes en el diseño.
  4. Cuando la resolución de problemas es fácil ya que no hay interacciones complejas de protocolo para darte dolores de cabeza.

Cuando la escalabilidad es el objetivo principal, se recomienda una topología jerárquica ya que la modularidad permite crear elementos en el diseño que pueden ser replicados a medida que crece la red. Debido a que la instancia de cada módulo es consistente, la expansión es fácil de planificar e implementar. Por ejemplo, la planificación de una red de campus para un nuevo sitio podría ser simplemente cuestión de replicar un diseño de red de campus ya existente.

Topologías planas vs topologías jerárquicas

Una topología de red plana es adecuada para redes muy pequeñas. Con un diseño de red plana, no hay jerarquía. Cada dispositivo de interconexión de red tiene esencialmente el mismo trabajo y la red no se encuentra dividida en capas o módulos. Una topología de red plana es fácil de diseñar, implementar y mantener, siempre que la red se mantenga pequeña; sin embargo, cuando la red crece no es recomendable una red plana. La falta de jerarquía dificulta la resolución de problemas. En lugar de poder concentrar los esfuerzos de resolución de problemas en una sola área de la red, podrías necesitar inspeccionarla toda.

Topologías WAN planas

Una red de área amplia (WAN) para una pequeña empresa puede consistir de unos pocos sitios conectados en bucle. Cada sitio tiene una WAN por router que conecta a otros dos sitios adyacentes a través de enlaces punto a punto. Siempre que la WAN sea pequeña (en algunos sitios), los protocolos de enrutamiento pueden converger de forma rápida y la comunicación con cualquier otro sitio puede ser recuperada cuando falle un enlace (mientras solo falle un enlace la comunicación se recupera, pero cuando falla más de un enlace, algunos sitios quedan aislados de los demás).

Sin embargo, generalmente no se recomienda una topología plana en bucle para redes con muchos sitios. Una topología en bucle puede significar que haya muchos saltos entre routers en lados puestos a este, lo que resulta en un retraso significativo y en una mayor probabilidad de falla. Sí tu análisis del flujo de tráfico en la topología en bucle indica que los routers en lados opuestos intercambian una gran cantidad de tráfico, debes optar por recomendar una topología jerárquica en lugar de está. Para evitar cualquier punto único de falla, puedes colocar routers o switches redundantes en las capas superiores de la jerarquía.

Topologías LAN planas

A principios y mediados de la década de 1990, un diseño típico para una LAN eran unas computadoras y unos servidores conectados a uno o más hubs en una topología plana. Las computadoras y los servidores implementaron un proceso de control de acceso a los medios, como el método de acceso o el acceso múltiple con escucha de portadora y detección de colisiones (CSMA/CD) para controlar el acceso al ancho de banda compartida. Todos los dispositivos formaban parte del mismo dominio de ancho de banda y tenían la habilidad de afectar negativamente el retraso y el rendimientos de otros dispositivos.

En estos días, los diseñadores de redes usualmente recomiendan conectar las computadoras y los servidores a los switches en la capa de enlace de datos en lugar de los hubs. En este caso, la red se segmenta en pequeños dominios de ancho de banda para que una cantidad limitada de dispositivos compita por dicho ancho en un momento dado. (Sin embargo, los dispositivos compiten por el servicio de hardware y software de la conmutación, por tal motivo es importante comprender las características del rendimiento de los switches candidatos.

Topologías de malla vs topologías de malla jerárquica

Los diseñadores de redes frecuentemente recomiendan una topología de malla para cumplir con los requisitos de disponibilidad. En una topología de malla completa, cada router o switch está conectado a todos los demás routers o switches. Una red de malla completa proporciona una redundancia completa y ofrece un buen rendimiento ya que solo hay un retraso de enlace único entre dos sitios. Una red de malla parcial tiene menos conexiones. Para llegar a otro router o switch en una red de malla parcial, es posible que se requiera atravesar enlaces intermedios.

Modelo jerárquico clásico de tres capas

La información publicada por Cisco Systems, Inc. así como otros proveedores de redes hablan sobre un modelo jerárquico clásico de tres capas para las topologías en el diseño de redes. El modelo de tres capas permite la agregación y filtrado de tráfico en los tres niveles de enrutamiento o conmutación sucesivos. Esto hace que el modelo jerárquico de tres capas sea escalable a grandes obras internacionales de Internet.

Aunque el modelo fue desarrollado en un momento en que los routers delineaban capas, el modelo puede ser usado tanto para redes conmutadas como enrutadas.

Cada capa del modelo jerárquico tiene un rol específico. La capa de núcleo proporciona un transporte óptimo entre sitios. La capa de distribución conecta a los servicios de red con la capa de acceso e implementa políticas relacionadas con la seguridad, la carga de tráfico y el enrutamiento. En un diseño WAN, la capa de acceso consta en routers ubicados en el borde de las redes del campus. En una red de un campus, la capa de acceso proporciona switches o hubs para el acceso de los usuarios finales.

Red jerárquica

Directrices para el diseño de redes jerárquicas

Esta sección describe brevemente algunas pautas para el diseño de redes jerárquicas. Seguir estas pautas simples te ayudará a diseñar redes que aprovechen los beneficios de un diseño jerárquico.
La primera pauta es que debes controlar el diámetro de la topología de una red empresarial jerárquica. En la mayoría de los casos, tres capas principales son suficientes:

  1. La capa de núcleo
  2. La capa de distribución
  3. La capa de acceso

El control del diámetro de la red proporciona una latencia baja y predecible. También te ayuda a predecir rutas de enrutamiento, flujos de tráfico y requisitos de capacidad. Un diámetro de red controlado también facilita la resolución de problemas y la documentación de la red.

Finalmente, otra pauta para el diseño de las redes jerárquicas es que primero debes diseñar la capa de acceso, seguido de la capa de distribución y finalmente la capa núcleo. Al comenzar con la capa de acceso, puedes realizar con mayor precisión la planificación de la capacidad para las capas de distribución y núcleo. También puedes reconocer las técnicas de optimización que necesitaras para las capas de distribución y núcleo.

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