Diseño Redes LAN

8/16/2019 Diseño Redes LAN

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Índice

Red de acceso .............................................................................................. 2

Enlaces uplink ............................................................................................................. 4

Puertos de stack ......................................................................................................... 5

Capacidad de conmutación ....................................................................................... 6

Red de core .................................................................................................. 7

Tarjetas ........................................................................................................................ 9

Fuentes de alimentación ......................................................................................... 10

Chasis ......................................................................................................................... 11


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Red de acceso

No sé si a muchos de vosotros os pasa, pero creo que es un escenario de lo más habitual.Vas a comenzar a preparar el diseño de una solución de networking para una red decierto tamaño y no tienes muy claro por dónde empezar…Pues bien, espero que cuandoacabéis de leer este manual muchos por lo menos sepáis cómo dar esos primeros pasos.

Bajo mi punto de vista la duda más habitual es la de siempre, ¿qué capacidad necesito enlos diferentes niveles de red? Se trata de una pregunta con difícil respuesta, perosiempre existen formas de poder llevar a cabo un diseño que nos permita asegurar que elrendimiento de nuestra red no vaya a quedarse desfasado antes de lo deseado.

Antes de nada creo que sería buena idea introducir un par de elementos que

posteriormente nos van a ayudar a adecuar el diseño de la red a nuestras necesidades: latipología de equipos a emplear y el concepto sobresuscripción.

Comencemos con los tipos de equipos que nos podemos encontrar en el portfolio de losprincipales fabricantes del mercado. Podríamos clasificarlos en tres:

Standalone : equipos con gestión independiente cuya conexión con el resto deequipos queda limitada a los puertos de uplink que tenga disponibles el equipo.

Stackable o apilable : equipos que permiten generar pilas o stacks con altadensidad de puertos . A través de una interfaz no estándar permiten llevar a cabola interconexión entre los diferentes equipos de la pila con una capacidad muysuperior a la que permiten los puertos de uplink. Como valor añadido este tipo deequipos permiten a través de una única dirección IP administrar todos lospuertos de la pila. Son soluciones ideales para redes de acceso de alta densidad depuertos o niveles de distribución con requerimientos de capacidad no excesivos.

Chasis: equipos modulares que suelen asociarse a los mayores rendimientos deconmutación dentro de la gama de productos de cada fabricante. Al tratarse deequipos modulares permiten adaptar el diseño de las soluciones a cada tipo deescenario. Destacan por su flexibilidad, escalabilidad y prestaciones . Asociadosa instalaciones de equipos de core o distribución de grandes redes de datos.

El otro concepto que necesitamos introducir antes de entrar en materia, es el de lasobresuscripción . Se trata de un parámetro que en gran medida va a determinar elrendimiento de nuestra red y que básicamente relaciona la capacidad que tenemosdisponible en una determinada interfaz de nuestro equipo y la capacidad total que podríanecesitar gestionar el mismo en el peor de los casos. Posteriormente veremos más endetalle cómo puede este elemento afectar a las tres interfaces que nos interesadimensionar en el caso que vamos a tratar: capacidad de conmutación , puertos de uplink y

puertos de stack .

Una vez definidos los conceptos básicos vamos a entrar en faena planteando unescenario tipo . Vamos a imaginar una oficina central de una gran compañía con 16plantas en cuyo sótano reside el core de la red. Para no complicar más el asunto y centrarel diseño únicamente en lo relativo a capacidad vamos a suponer una topología en estrella


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desde cada una de las plantas hasta el core del edificio. Con todo, la distribución depuestos de trabajo por planta se recoge a continuación:

Vale ya tenemos los números, y ahora ¿por dónde empezamos? Pues el mejor consejo essiempre empezar desde la capa de acceso, es decir la más cercana al usuario final .Para ello tenemos que dimensionar cada uno de los nodos de la red de acceso de formaque posteriormente podamos diseñar adecuadamente el core de la red. Cogeremos paracomenzar con nuestro diseño el caso de la planta 11 .

En primer lugar debemos decidir el tipo de equipo necesario. Por la estructura y magnitudde la red considero que en esta ocasión lo óptimo sería contemplar equipamientoapilable en el despliegue de este nivel de red . Aunque sólo sea por disponer de un únicoelemento de gestión y una mayor capacidad de uplink entre los diferentes switches de laplanta la elección ya está más que justificada. Como podemos observar al revisar dichaplanta tenemos una previsión de 84 puertos de red. Dado que este tipo de equipos suelenofrecerse en versiones de 24 y 48 puertos, emplearemos una pila formada por dosequipos de 48 puertos de cobre que recordemos serán a nivel lógico en nuestra redcomo un único equipo de 96 puertos.

Una vez analizadas las necesidades concretas de cada usuario y comprendiendo que elestado actual de la tecnología te empuja a ello se contemplan que lo puertos de acceso de

dichos equipos dispongan de capacidad Gigabit . Hasta aquí todo claro.

Ahora es cuando llega el momento de definir las capacidades de nuestra red . Y en basea dicha definición podemos obtener 3 resultados:

Un carísimo e innecesario Ferrari con el que circularemos en segunda velocidad, un económico Dacia que llevaremos a 11.000 rpm en quinta velocidad o un eficiente VW circulando en cuarta velocidad con posibilidad de meter quinta o

bajar a tercera en función de las necesidades

No sé vosotros, pero a mí no me gusta circular en segunda velocidad ni llevar los coches almáximo...creo que el VW se adapta a lo que necesitamos. Por lo menos ya sabemos lo quequeremos...


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Pues bien, como decíamos con anterioridad la capacidad de la red de acceso afectaprincipalmente a tres elementos que requerimos dimensionar: Puertos de uplink,capacidad de conmutación y puertos de stack. Ahora analizaremos en detalle cómo

calcular cada una de ellos.

Enlaces uplink

Como comentábamos con anterioridad existe un concepto clave a la hora de dimensionarlos puertos de uplink, la sobresuscripción . En enlaces troncales la sobresuscripciónrelaciona la capacidad que un determinado equipo tiene disponible en sus puertostroncales frente a la capacidad total que podría requerir en el peor de los casos (todos lospuertos transmitiendo el máximo de tráfico al mismo tiempo).

Si lo llevamos a nivel de fórmula (¡cuánto tiempo deseando usar una en el blog!) quedaríade la siguiente manera:

Según las mejores prácticas de diseño de Cisco los valores de sobresuscripción se podríanclasificar de la siguiente manera:

De 1:1 a 20:1, para las redes con un nivel de tráfico bajo. De 10:1 a 20:1, para redes con un nivel de tráfico medio-bajo, que utilizan la mayor

parte del tiempo aplicaciones típicas. De 4:1 a 12:1, para las redes empresariales, con un nivel de tráfico medio utilizan

aplicaciones típicas todo el tiempo y también aplicaciones especiales que requierende alto ancho de banda

De 5:1 a 10:1, para las redes empresariales con tráfico de servidores virtuales De 1:1 a 4:1, para las redes de data centers, con nivel de tráfico alto, que utilizan

aplicaciones especiales todo el tiempo que requieren de un alto ancho de banda.

En este caso concreto considerando que la red en cuestión es una red empresarial contráfico medio-bajo que hace uso de aplicaciones típicas necesitaríamos que nuestro nivelde sobresuscripción quedara encuadrado entre 10:1 y 20:1. Esto conlleva por lo tanto quenuestro enlace de uplink requiere una capacidad de:


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(Como habréis podido comprobar la capacidad de los puertos se ha multiplicado por 2 ya que

se trata de 1Gbps full-dúplex=2 Gbps)

Esto supone que nuestro enlace troncal entre la electrónica de red de planta y los equiposde core deben disponer de una capacidad entre 4.8 y 9.6 Gbps agregados. Dados losresultados obtenidos se considera óptimo el empleo de un enlace de 10 Gbps entre elswitch de planta y el de core .

Puertos de stack

Para el cálculo de los enlaces de stack lo primero que necesitamos definir es la capacidad

máxima que los mismos van a poder necesitar. Analizando la red, dicha capacidadquedaría definida por el tráfico que pudiera llegar al equipo a través de los puertos deuplink y de sus propios puertos de acceso. Llevado a nivel de fórmula tendríamos losiguiente:

Llegados a este punto no existe (o si lo hace yo lo desconozco) un ratio que permita definirel nivel de sobresuscripción adecuado. Todo depende de las funcionalidades que vayan atener que ofrecer los equipos o del diseño de conectividad de los puertos de uplink. Porponer un ejemplo en el caso de que vaya a haber mucha comunicación entre diferentesswitches de la pila sería interesante contar con el menor nivel de sobresuscripción posible

en este puerto.


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Sinceramente en la práctica si no se trata de una funcionalidad excesivamenteparticular suelo contar con un factor en torno a 3:1 . Hay que tener en cuenta que todoel tráfico que hemos calculado con anterioridad (116 Gbps) por nuestro puerto de stack

tan sólo viajará el tráfico entre los puertos de acceso de un determinado switch y lospuertos de acceso de otro ya que cada uno de ellos tendrá su acceso al core.

Capacidad de conmutación

En cuanto a la capacidad de conmutación de los equipos, los mismos deben ser capaces degestionar tant o el tráfico generado por el propio equipo como el que pueda recibirse através de los enlaces diseñados con anterioridad (tanto stack como uplink con core).

A nivel de fórmulas esto supone una capacidad de conmutación de:

Por lo tanto nuestro equipo necesitaría disponer de una capacidad de conmutación de212 Gbps de cara a poder gestionar todo el tráfico requerido en los switches de acceso.Quedar por debajo de ese valor conllevaría cierto grado de sobresuscripción lo cual debeser evaluado en cada caso concreto.

Si por ejemplo tuviéramos puertos de un equipo que supiéramos que no van a requerirnunca capacidad wire-rate como pueden ser los dedicados a teléfonos, cámaras opuntos de acceso podríamos ser lo más certeros posible. Por facilitar una referenciaaconsejaría que en este cálculo no contempláramos valores superiores a 1.5:1 comovalor de sobresuscripción .

Como ocurría en el diseño de la capacidad del puerto de pila tenemos que tener en cuentaque las necesidades de capacidad por puerto evolucionan a marchas forzadas y en unproyecto con vistas a 10-15 años de vida corremos el riesgo de quedarnos cortos ennuestras previsiones.

Con estos cálculos ya tendríamos dimensionado nuestra red de acceso de la planta 11 .Pues bien ahora es el momento de poner nombre y apellidos a esas prestacionesrequeridas. Por comodidad me ceñiré a soluciones de los principales fabricantes del sectorpero estoy seguro que dejaré fuera numerosos equipos que permitirían cubrir lasnecesidades de nuestro ejemplo.


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Equipo Conmutación Stack Uplink

Requerimientos 212 Gbps 116 Gbps 10 Gbps

Enterasys C5 (C5K125-48) 264 Gbps 128 Gbps 2 x 10 Gbps

Enterasys B5 (B5K125-48) 184 Gbps 48 Gbps 2 x 10 Gbps

Cisco 3750-X 48TS 160 Gbps 64 Gbps 2 x 10 Gbps

HP 5800-48G 256 Gbps - 4 x 10 Gbps

HP 5120-48G 192 Gbps - 2 x 10 Gbps

HP 3800-48G 176 Gbps - 4 x 10 Gbps

HP E4800-48G 192 Gbps - 4 x 10 Gbps

Alcatel-Lucent OS6850-48X 176 Gbps 2 x 20 Gbps 2 x 10 Gbps

Alcatel-Lucent OS6450-48 136 Gbps 40 Gbps 2 x 10 Gbps

Allied Telesis x600-48Ts/XP 184 Gbps 48 Gbps 2 x 10 Gbps

Allied Telesis x610-48Ts/X 184 Gbps 48 Gbps 2 /4 x 10 Gbps

Con toda esta info queda en manos de cada uno elegir el modelo que mejor se adapte asus necesidades o la marca con la que más cómodo se sienta .

Red de core

Por recapitular, comenzaremos retomando los resultados del diseño de la red de acceso .Llegamos a la conclusión que necesitaríamos 33 switches de 48 puertos apilables conenlaces de uplink a 10 Gb/s . En función de las necesidades de cada planta necesitaríamosuna pila de 2 o 3 unidades (la planta 4 necesitaría 3). Además vimos que para mejorar ladisponibilidad de la red cada uno de los equipos se conectaría a la red de core a travésde un doble enlace de uplink . Luego en función de estas conclusiones dejamos en manosde cada uno la elección de uno u otro modelo de los que pusimos como referencia…


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Pues bien al igual que hicimos en su día, comenzaremos el diseño de nuestra red de corepor el principio, por la toma de requerimientos .

En nuestro caso concreto al margen de los 24 puestos de trabajo ubicados en la plantasótano (ubicación del CPD) vamos a suponer que tenemos que dotar de conectividad a untotal de 8 servidores corporativos .

Por lo tanto necesitaríamos un equipamiento de core que por un lado permitiera dotar deconectividad redundante a los diferentes switches de la red de acceso y por otrointegrara en la red a los servidores corporativos y los 24 puestos de datos de la plantacorrespondiente. El esquema correspondiente se recoge a continuación:

Una vez determinado el escenario en el que nos encontramos es el momento de comenzarcon el dimensionamiento del equipo. El primer paso para ello es analizar de forma globallas necesidades de capacidad y conectividad que vamos a necesitar para dar coberturaa las necesidades de la red. En nuestro caso tendríamos las siguientes necesidades en cadauno de los equipos de core:

Puertos de 10 Gb/s: estos puertos serán los requeridos para la interconexión de los

dos equipos de core, la de los servidores corporativos y la de los enlaces troncalescon los switches de planta. Para la interconexión entre equipos de coreemplearemos 4 enlaces de 10 Gb/s que ofrecerán capacidad suficiente para cubrirlas necesidades de tráfico existente entre ambos equipos. Por parte de losservidores requeriremos 8 puertos libres en cada uno de los equipos , de formaque podamos implementar los diferentes servicios corporativos en altadisponibilidad (los equipos disponen de doble tarjeta de red). Por último en cuantoa los enlaces con la red de acceso tal y como se diseño en su momento cada switchdispondrá de un enlace con capacidad de 10 Gb/s con cada uno de los equipos decore. Sabiendo que tenemos 33 switches de planta necesitaríamos por lo tanto33 puertos 10 Gb/s en cada uno de los equipos para poder dotar de conectividad ala red de acceso. TOTAL: 4+8+33=44 Puertos 10 Gb/s en cada equipo


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Puertos 1 Gb/s (Fibra óptica): en el caso concreto que estamos tratando no vamos arequerir ningún puerto de estas características. TOTAL: 0 Puertos 1 Gb/s (Fibraóptica) en cada equipo

Puertos 1 Gb/s (Cobre): estos puertos deben dimensionarse para soportar la red deacceso de la planta sótano. Dado que los elementos de la red de acceso de laplanta (PCs, portátiles, Puntos de Acceso,…) no dispondrán de doble tarjeta de redbalancearemos la carga entre los dos equipos de forma que cada uno de ellossoporte 12 elementos hasta cubrir el total de 24 que requiere la red de acceso.TOTAL: 12 Puertos 1 Gb/s (Cobre) en cada equipo

Con las necesidades debidamente dimensionadas podemos comenzar con el diseño denuestra solución. Para ello empezaremos distinguiendo los cuatro elementos básicos dentro de un diseño de una solución de core:

Chasis: es la estructura del equipo en la que se irán añadiendo de forma modularlos diferentes elementos. Va a determinar el máximo de tarjetas y fuentes dealimentación que vamos a poder emplear en nuestro diseño.

Tarjetas : define las interfaces de conectividad que vamos a tener disponibles. Eldiseño de este elemento determinará el rendimiento de nuestro equipo y el nivelde sobresuscripción que tendremos en cada elemento de red.

Módulos de expansión : algunos fabricantes permiten añadir en las tarjetas deinterfaces unos módulos que mejoran la flexibilidad de las soluciones, al facilitar ladistribución de las necesidades del equipo en un nuevo elemento.

Fuentes de alimentación : con el exponencial crecimiento de las necesidades dealimentación PoE (802.3af/at) este elemento se convierte en primordial, sobretodoen el caso en el que el equipo de core vaya a ser empleado a su vez como equipode acceso.

Analizaremos ahora uno por uno cada uno de los elementos susceptibles de diseñar ennuestra solución de core.

TarjetasEl diseño de las tarjetas va a depender enormemente del fabricante por el que optemos ala hora de realizar el diseño. No sólo tendremos diferencias entre las interfaces deconexión de cada tarjeta sino que además tendremos que tener en cuenta la arquitecturapropia de cada fabricante . Unos requieren tarjetas específicas para ser empleadas comosupervisoras o fabrics del equipo, otros prefieren apostar por arquitecturas distribuidas…

En nuestro caso vamos a suponer que usaremos equipos que requieren tarjetasupervisora y permiten el uso de módulos de expansión .


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Supondremos tarjetas con una capacidad máxima de 80 Gb/s y dos módulos deexpansión con capacidad de 40 Gb/s cada uno de ellos . En total por lo tanto la tarjetacon los módulos agregados ofrece una capacidad máxima de 160 Gb/s .

Intentaremos maximizar el número de puertos de 10 Gb/s de cada tarjeta para cubrir los44 que necesitamos. Revisando la oferta de tarjetas del fabricante comprobamos que elmáximo de puertos de 10 Gb/s por tarjeta es de 16 con lo que para cubrir las necesidadesdel proyecto necesitaríamos 44/16=2,75 tarjetas de 16 puertos . O lo que es lo mismo 2tarjetas de 16 puertos y otra de 12 .

Dado que de esta manera tenemos seguiríamos teniendo pendientes los 12 puertos decobre para la red de acceso, la mejor opción sería buscar para esa tarjeta que se nosqueda pendiente una que disponga de módulos de expansión que permita cubrir 12puertos de 10 Gb/s y otros 12 10/100/1000. ¡Voilá! Encontramos una tarjeta de 8 puertosde 10 Gb/s con dos módulos de expansión en los que instalaremos un módulo de 4puertos de 10 Gb/s (evitamos sobresuscripción porque permite 40 Gb/s) y otromódulo de 12 puertos 10/100/1000 . Por lo tanto la configuración quedaría como:

2 x Tarjeta de 16 puertos de 10 Gb/s (con capacidad de fabric o supervisora paradotar de mayor disponibilidad al equipo)

1 x Tarjeta de 8 puertos de 10 Gb/s con dos módulos de expansión 1 x Módulo de expansión de 12 puertos 10/100/1000 1 x Módulo de expansión de 4 puertos de 10 Gb/s

Fuentes de alimentación

La premisa principal que debemos seguir a la hora de diseñar nuestro sistema dealimentación es intentar no convertirlo en un punto único de fallo . Es decir siempreque sea posible debemos intentar redundar nuestra fuente de alimentación de cara aevitar que un fallo en uno de estos elementos (principal punto de fallo del equipohabitualmente) dé al traste con nuestra red.

El diseño de las fuentes de alimentación de un equipo de core cobra cada vez mayor nivelde importancia dadas las crecientes necesidades de servicios PoE (802.3af/at) en

redes corporativas . En el caso de que el equipo no vaya a dotar de conectividad a ningúnelemento con soporte PoE, no habrá que tener en cuenta este elemento, pero de no ser asíel diseño de la misma tiene que llevarse a cabo con sumo cuidado.

Debemos tener en cuenta las principales necesidades de PoE que podemos encontrarnosen nuestra red y realizar los cálculos necesarios en base a las mismas. Tenemos que teneren cuenta para el dimensionamiento de nuestro sistema de alimentación que los equipos802.3af suponen un consumo máximo de 15,4 W y los que requieren alimentación802.3at uno de 30 W . Los principales dispositivos que requieren soporte para este tipo deprotocolos en una red de área local son:

Cámaras IP fijas: 802.3af Cámaras IP domo: 802.3af/at


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Teléfonos IP: 802.3af Puntos de acceso 802.11a/b/g: 802.3af Puntos de acceso 802.11n (una radio): 802.3af

Puntos de acceso 802.11n (doble radio): 802.3af

Chasis

Como habréis podido comprobar hemos dejado para el final la base de nuestro equipo, laestructura sobre la que van a girar los diferentes procesos que hemos diseñado. Y lo hedejado para el final aposta .

Y es que normalmente si el chasis no está limitado por espacio físico en el armario rack, eldimensionamiento del mismo suele determinarse en función de las necesidades de

tarjetas y/o fuentes de alimentación que vayamos a tener en nuestro diseño.

La mayoría de fabricantes ofrecen una variedad de tamaños de chasis que permitenadecuarse casi a cualquier escenario que suelen ir desde 1 hasta 10 slots.

En el caso concreto que estamos tratando necesitaríamos un chasis que permitiera laconexión de un total de 3 slots .

En cuanto a diferentes soluciones que se ofrecen en el mercado, a continuación semencionan las de los principales fabricantes que podrían cubrir las necesidades del diseño:

Cisco 4500 Cisco 6500 Enterasys K-Series Enterasys S-Series HP 7500 HP 10500 HP 12500 Juniper EX6200 Juniper EX8200 Alcatel-Lucent 9000E

Alcatel-Lucent 1OK Allied Telesis SwitchBlade 4000

Con todo esto tendríamos nuestra red diseñada a todos los niveles permitiendoasegurar la capacidad y continuidad que nos marcamos al inicio del diseño. Quedaríamucho trabajo por delante en cuanto a configuración de toda esa cantidad de datos queviajarán puerto a puerto por nuestra red, pero eso no era lo que buscábamos ahora.


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