Diseño de redes LAN (I)

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 de cierto tamaño y no tienes muy claro por dónde empezar…Pues bien, espero que cuando acabéis de leer esta entrada 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 en los diferentes niveles de red? Se trata de una pregunta con difícil respuesta, pero siempre existen formas de poder llevar a cabo un diseño que nos permita asegurar que el rendimiento 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: la tipología de equipos a emplear y el concepto sobresuscripción.

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

• Standalone: equipos con gestión independiente cuya conexión con el resto de equipos queda limitada a los puertos de uplink que tenga disponibles el equipo. 
• Stackable o apilable: equipos que permiten generar pilas o stacks con alta densidad de puertos. A través de una interfaz no estándar permiten llevar a cabo la interconexión entre los diferentes equipos de la pila con una capacidad muy superior a la que permiten los puertos de uplink. Como valor añadido este tipo de equipos permiten a través de una única dirección IP administrar todos los puertos de la pila. Son soluciones ideales para redes de acceso de alta densidad de puertos o niveles de distribución con requerimientos de capacidad no excesivos.
• Chasis: equipos modulares que suelen asociarse a los mayores rendimientos de conmutación dentro de la gama de productos de cada fabricante. Al tratarse de equipos modulares permiten adaptar el diseño de las soluciones a cada tipo de escenario. Destacan por su flexibilidad, escalabilidad y prestaciones. Asociados a 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 la sobresuscripción. Se trata de un parámetro que en gran medida va a determinar el rendimiento de nuestra red y que básicamente relaciona la capacidad que tenemos disponible en una determinada interfaz de nuestro equipo y la capacidad total que podría necesitar gestionar el mismo en el peor de los casos. Posteriormente veremos más en detalle cómo puede este elemento afectar a las tres interfaces que nos interesa dimensionar 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 un escenario tipo. Vamos a imaginar una oficina central de una gran compañía con 16 plantas en cuyo sótano reside el core de la red. Para no complicar más el asunto y centrar el diseño únicamente en lo relativo a capacidad vamos a suponer una topología en estrella desde cada una de las plantas hasta el core del edificio. Con todo, la distribución de puestos de trabajo por planta se recoge a continuación:

Vale ya tenemos los números, y ahora ¿por dónde empezamos? Pues el mejor consejo es siempre 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 forma que posteriormente podamos diseñar adecuadamente el core de la red. Cogeremos para comenzar con nuestro diseño el caso de la planta 11.

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

Una vez analizadas las necesidades concretas de cada usuario y comprendiendo que el estado 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 base a 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 al máximo...creo que el VW se adapta a lo que necesitamos. Por lo menos ya sabemos lo que queremos...

Pues bien, como decíamos con anterioridad la capacidad de la red de acceso afecta principalmente 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 dimensionar los puertos de uplink, la sobresuscripción. En enlaces troncales la sobresuscripción relaciona la capacidad que un determinado equipo tiene disponible en sus puertos troncales frente a la capacidad total que podría requerir en el peor de los casos (todos los puertos transmitiendo el máximo de tráfico al mismo tiempo).

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

Según las mejores prácticas de diseño de Cisco los valores de sobresuscripción se podrían clasificar 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 requieren de 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 con tráfico medio-bajo que hace uso de aplicaciones típicas necesitaríamos que nuestro nivel de sobresuscripción quedara encuadrado entre 10:1 y 20:1. Esto conlleva por lo tanto que nuestro enlace de uplink requiere una capacidad de:

(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 equipos de core deben disponer de una capacidad entre 4.8 y 9.6 Gbps agregados. Dados los resultados obtenidos se considera óptimo el empleo de un enlace de 10 Gbps entre el switch 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 capacidad quedaría definida por el tráfico que pudiera llegar al equipo a través de los puertos de uplink y de sus propios puertos de acceso. Llevado a nivel de fórmula tendríamos lo siguiente:

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

Sinceramente en la práctica si no se trata de una funcionalidad excesivamente particular suelo contar con un factor en torno a 3:1.  Hay que tener en cuenta que todo el 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 los puertos 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 de gestionar tant o el tráfico generado por el propio equipo como el que pueda recibirse a través 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 de 212 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 debe ser evaluado en cada caso concreto.

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

Como ocurría en el diseño de la capacidad del puerto de pila tenemos que tener en cuenta que las necesidades de capacidad por puerto evolucionan a marchas forzadas y en un proyecto con vistas a 10-15 años de vida corremos el riesgo de quedarnos cortos en nuestras 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 prestaciones requeridas. Por comodidad me ceñiré a soluciones de los principales fabricantes del sector pero estoy seguro que dejaré fuera numerosos equipos que permitirían cubrir las necesidades de nuestro ejemplo.

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

Una vez hecho ello podríamos dimensionar adecuadamente el equipamiento de core, pero eso lo dejaremos para una entrada posterior que podéis consultar aquí.

También podéis descargaros la guía completa de diseño de redes LAN.

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