Diseño de una red LAN

Diseño de una red LAN Cecilia Alberto :: 82652 Lucas Chiesa :: 83417 Margarita Manterola :: 77091 1er cuatrimestre - 2007 Resumen En este documento se tratarán los distintos parámetros para el diseño de una red para diversos tipos de oficina, definiendo los parámetros críticos de la topología de la red, la velocidad, el tipo de elementos a instalar. Luego se estudiarán los parámetros para la interconexión con una LAN remota. En ambos casos se especificarán los elementos disponibles en el mercado local. Índice 1. Parámetros para el diseño de una red LAN 2 1.1. Tecnologías de red LAN..................... 2 1.2. Topología............................. 4 1.3. Tráfico de red........................... 5 2. Escenarios posibles 5 2.1. Oficina pequeña.......................... 5 2.2. Oficina mediana.......................... 7 2.3. Oficina grande........................... 8 3. Interconexión de redes 10 A. Especificaciones de los productos 13 1

1. Parámetros para el diseño de una red LAN Dado que existe una gran variedad de aplicaciones de redes LAN, para el diseño de la misma se deben satisfacer en cada caso particular una serie de requisitos: cantidad de equipos a interconectar, capacidad de la red, confiabilidad, etc. El ejemplo más usual es el de una red LAN de computadoras personales, en donde los equipos se utilizan para aplicaciones departamentales como hojas de datos, documentos y acceso a Internet. En estos casos, el tráfico de la red se debe en gran parte al generado al compartir trabajos e información entre los usuarios, y recursos caros, como impresoras láser o plotters. Un requisito importante de este tipo de redes es que el costo de la conexión a la red debe ser significativamente menor que el del dispositivo conectado, ya que la cantidad de equipos es grande y el presupuesto destinado para la conexión debe ser menor. Obviamente, este requisito genera una limitación en la velocidad de la red, ya que cuanto más rápida, más elevado es el costo de la misma. Sin embargo, habrá que tener en cuenta el caso de la utilización de aplicaciones que generan un gran flujo de datos en la red, como procesadores de imágenes, o programas gráficos. Existen otros tipos de redes LAN, como por ejemplo: redes troncales (backbone) que se utilizan para interconectar grandes sistemas como computadoras centrales y dispositivos de almacenamiento masivo. Este tipo de redes se encuentra en grandes compañías o en instalaciones de investigación con alto presupuesto para procesamiento de datos; y sus características principales son: alta velocidad, distancia limitada y alta confiabilidad. Con el fin de profundizar en estos temas, se explicarán a continuación algunos de los parámetros a tener en cuenta. 1.1. Tecnologías de red LAN Para el diseño de una red de área local, existen distintos tipos de tecnologías: Ethernet (IEEE 802.3) una muy conocida tecnología, que incluye las especificaciones correspondientes a la capa 1 y a la capa 2 del modelo OSI. Para la capa 2, de control de acceso al medio, Ethernet utiliza la técnica de CSMA/CD. Y para la capa 1, se proponen distintas configuraciones físicas alternativas, las cuales son nombradas más adelante. 2

Token Ring (IEEE 802.5) tuvo aceptación en las redes LAN debido a la presencia de IBM en el mercado corporativo. Su control de acceso al medio se realiza mediante una pequeña trama, denominada testigo (token) que circula por el anillo, TP (token passing access control). Luego, se introdujo una nueva técnica DRT (dedicated token passing access control) haciendo uso de la topología estrella. Para la capa 1, el estándar ofrece varias alternativas de acuerdo a la velocidad de transmisión de 4, 16, 100Mbps o 1Gbps: UTP, STP o Fibra Óptica. Token Bus (IEEE 802.4) es una tecnología análoga a Token Ring, pero en vez de estar destinado a topologías en anillo está diseñado para topologías en bus. Los nodos están conectados por cable coaxial y se organizan en un anillo virtual. FDDI (Fiber Distributed Data Interfase) se basa en la arquitectura token ring y permite una comunicación tipo Full Duplex. Dado que puede abastecer a miles de usuarios, una LAN FDDI suele ser empleada como backbone para una red de área amplia (WAN). La forma de operar de FDDI es muy similar a la de Token Ring, sin embargo, el mayor tamaño de sus anillos conduce a que su latencia sea superior y más de una trama puede estar circulando por un mismo anillo a la vez. FD- DI especifica la capa física y la capa de enlace de datos del modelo OSI, pero no es una sola especificación, sino un conjunto de 4 especificaciones aisladas, cada una de ellas con una función específica: la especificación MAC (Media Access Control); la especificación PHY (Physical Layer Protocol); la especificación PMD (Physical-Medium Dependent); y la especificación SMT (Station Management). En la actualidad, en parte debido a los costos, y en parte debido a la disponibilidad en el mercado, la tecnología utilizada en nuevas instalaciones, así como en la gran mayoría de las preexistentes es Ethernet. Para la conexión a nivel físico de Ethernet se pueden utilizar distintos medios: Cable Coaxil (estándares 10BASE2 y 10BASE5). Otorgan un ancho de banda de 10 Mb/s, utilizando una topología en anillo. Cable UTP - Categoría 3 (estándar 10BASE-T). Otorga 10 Mb/s, utilizando una topología estrella. Cable UTP - Categoría 5 (estándar 100BASE-TX). Otorga 100 Mb/s, utilizando una topología estrella. 3

Cable UTP - Categoría 5e (estándar 1000BASE-T). Otorga 1000 Mb/s, utilizando una topología estrella. Fibra óptica (estándares 100BASE-FX, 1000BASE-SX). Otorgan 100 Mb/s y 1000Mb/s respectivamente. En la práctica, la gran mayoría de las redes LAN se implementan con par de cobre trenzado (UTP), dado su bajo costo y las flexibilidades que brinda. La categoría más común en el mercado es 5e. A medida que los costos del equipamiento para la utilización de fibra óptica van disminuyendo, se hace más común la adopción de este medio para redes LAN grandes. Sin embargo, todavía es una tecnología reservada para aquellos con grandes requerimientos y altos presupuestos. 1.2. Topología El término topología se refiere a la forma en que se encuentran conectadas las estaciones a la red. Existen distintos tipos de topologías: Árbol se caracteriza por un medio de trasmisión de cable ramificado sin bucles cerrados que comienza en un punto llamado raíz o cabecera. Uno o más cables comienzan en la cabecera y a su vez se pueden ramificar. Un caso particular de la topología Árbol, es el BUS, en el cual solamente existe una rama, y no tiene una cabecera. Anillo se caracteriza en cambio por tener un conjunto de repetidoras unidas por un enlace punto a punto formando un bucle. Los enlaces son unidireccionales, por lo tanto los mensajes sólo circulan en un sentido. Por esta razón, y para asegurar la conectividad, en general se utiliza la topología del doble anillo. Estrella en la que cada estación está directamente conectada a un nodo central común, generalmente a través de dos enlaces punto a punto, uno para transmitir y otro para recibir. Cómo elegir la topología más conveniente? Primero se debe tener en cuenta, la confiabilidad de la red, la capacidad de expansión y el rendimiento, es decir, depende de las decisiones globales de las características de la red. En la práctica, a la hora de implementar la tecnología Ethernet cuando en la capa física se utiliza el cable UTP, se diagraman las redes en estrella, dado que la topología estrella aprovecha la disposición natural del cableado de los edificios. 4

1.3. Tráfico de red Uno de los parámetros más importantes para determinar la configuración de una red LAN es el tipo de tráfico que circula por la misma. En base a esto se selecciona las características de la tecnología a utilizar. El tráfico va a depender de qué tipo de contenido se transmita por la red y la cantidad de estaciones que haya conectadas. Si el tráfico es sólo una conexión a internet compartida entre algunas pocas computadoras, entonces una red de baja velocidad es suficiente, ya que esta conexión seguramente va a ser mucho más lenta que la red local. Sin embargo, si en la misma red se decide hacer transmisión de video de una estación a otra, entonces será necesario aumentar la velocidad de la red. En una red grande, con numerosas computadoras u otros dispositivos conectados, el diseño de la red se puede dividir en zonas centrales y zonas periféricas. En cada zona se deberá estudiar el tráfico y en base a eso, decidir la velocidad de los distintos tramos. Por ejemplo, es probable que para las estaciones una conexión de 100 Mbps sea suficiente, mientras que el servidor de archivos compartido por toda la red tenga un link de Gigabit o más. Tener una red de mayor velocidad que la necesaria no es un problema, sin embargo, es importante dimensionarla correctamente ya que para obtener una mayor velocidad, será necesario utilizar dispositivos más costosos. 2. Escenarios posibles Se analizarán a continuación, algunos posibles escenarios de diseño de redes LAN, y las soluciones a implementar. Para los siguientes ejemplos en estudio, se utilizará en el diseño de las redes el estándar Ethernet. Como ya se dijo anteriormente, esta tecnología presenta como ventajas principales su bajo costo de implementación y la capacidad proteger las estaciones conectadas a la red del riesgo de ruptura del anillo, ya que se utiliza la topología estrella. Además, se utilizará un estándar que define el uso del cable UTP categoría 5, el cual permite velocidades de hasta 100 Mbps, lo cual se adapta a los requerimientos de velocidad de las redes. Asimismo, el tipo de conector que específica este estándar es el RJ-45. 2.1. Oficina pequeña Se considerará como una oficina pequeña a un conjunto de hasta 24 equipos (computadoras, impresoras, teléfonos IP u otros) que se encuentran dentro de un radio de 100 metros entre sí. 5

Como se dijo anteriormente, lo más común hoy en día es utilizar redes Ethernet con cable UTP. En el tipo de instalación que estamos describiendo no tiene sentido el uso de otra tecnología, ni de otro medio, ya que utilizando este tipo de cable se puede llegar a velocidades de Gigabit, que es más de lo necesario para esta oficina. El tráfico esperable en esta instalación es el que se genera por una conexión a internet compartida y algún intercambio de archivos entre las estaciones, posiblemente sin un servidor de archivos central. Figura 1: Una red local pequeña Para este escenario, la red a utilizar consistirá de un switch central, al que se conectarán todos los equipos, como la ilustrada en la Figura 1. Para el tráfico generado en estas redes no es necesario tener una red de alta velocidad, por lo tanto es más que adecuado tener una red de 100 Mbps. De necesitar mayor velocidad en un futuro, se podrán cambiar los dispositivos reutilizando el tendido de la red. Si se quiere brindar el servicio de telefonía IP, es cómodo tener una red con PoE (Power Over Ethernet). Requerimiento que se le exige al switch central, aumentando sensiblemente su costo. Análisis de Costos Una red de estas características se podrá implementar con alguno de los siguientes switches disponibles en el mercado local, según la cantidad de equipos y el presupuesto disponible. 6

Marca Características Precio Encore 8 puertos 10/100 U$S 18 Encore 16 puertos 10/100 U$S 42 Encore 24 puertos 10/100 U$S 85 D-Link 16 puertos 10/100 con U$S 495 8 puertos PoE 3com 16 puertos 10/100 U$S 90 3com 8 puertos 10/100 U$S 60 Además será necesario adquirir los siguientes insumos. 2.2. Oficina mediana Insumo Precio 305 metros de cable UTP U$S 70 50 metros de cable UTP U$S 13 100 fichas RJ45 U$S 8 Herramientas varias U$S 30 Cuando la cantidad de equipos de una red se encuentra entre 24 y 200 se lo considera una oficina mediana. Figura 2: Una red local mediana Para este escenario, la red a utilizar consistirá de varios switches interconectados entre sí, de forma tal que los equipos estén conectados a un switch local del sector, como la ilustrada en la Figura 2. Esta red va a tener un tráfico semejante al de la red anterior, simplemente con mayor número de terminales. Algo nuevo que aparece en esta red es 7

que el tráfico de todas las computadoras conectadas a un switch hacia una conectada en otro switch, se concentra en el link que une estos dos equipos. Es probable que para el correcto funcionamiento de la red, este link deba ser de mayor capacidad que el resto. Para determinar esto se debe hacer un correcto estudio del tráfico. En este tipo de redes suele existir algún servidor central que tendrá una cantidad importante de tráfico pero sin requerir, en general, una conexión de mayor ancho de banda que el resto de las terminales. Análisis de Costos Una red de estas características se podrá implementar con los dispositivos listados anteriormente, o bien, alguno de los siguientes. Marca Características Precio OvisLink 24 puertos 10/100 + 2 de U$S 150 10/100/1000 y 2 Fibra óptica 3Com 24 puertos 10/100 + 2 puertos 10/100/1000 U$S 270 La elección entre utilizar switches con conexión de Gigabit o no, dependerá del tráfico a intercambiar entre los equipos. 2.3. Oficina grande Se considera una oficina grande cuando la cantidad de equipos supera 200. En este caso, será recomendable la técnica de VLANS. En esta red se espera que se brinde una mayor cantidad de servicios a los cuales todas las computadoras deberán acceder, como pueden ser servidores de archivos, bases de datos o correo electrónico. Es deseable que todas las terminales estén a una misma cantidad de saltos de los servidores, haciéndose evidente la necesidad de una topología estrella, no sólo para las terminales, sino también para los switches periféricos con respecto al switch central. Es de esperar que el tráfico hacia estos servidores sea grande debido a la cantidad de estaciones que van a acceder a ellos. En una red de este tipo tiene sentido analizar la utilización de fibra óptica en lugar de cable UTP para los tramos de mayor tráfico. Además, por la topología de la red, estos tramos pueden ser excesivamente largos para el par de cobre. Para este escenario, la red a utilizar consistirá de varios switches conectados a un switch central mediante Gigabit Ethernet, de forma tal que los 8

Figura 3: Una red local grande equipos estén conectados a un switch local del sector, y sólo los servidores estén conectados al switch central, como lo ilustrado en la Figura 3. Si se quiere tener telefonía IP, es recomendable que los switches de sector tengan la capacidad PoE. Análisis de Costos Una red de estas características se podrá implementar con los dispositivos listados anteriormente, o bien, alguno de los siguientes. Marca Características Precio NogaNet 24 puertos 10/100/1000 U$S 350 3COM 24 puertos 10/100/1000 U$S 450 9

3. Interconexión de redes Para conectar dos redes LAN que se encuentran separadas a grandes distancias entre sí, se puede utilizar un enlace punto a punto o una redes privada virtual (VPN). Un enlace punto a punto se solicitará cuando se necesite alta velocidad y baja latencia, permitiendo lograr gran confiabilidad en la conexión de las redes, en consecuencia, el costo resulta mayor. Figura 4: Un enlace ATM con una LAN remota Será necesario además, adquirir dispositivos de ruteo capaces de convertir entre Ethernet y el protocolo utilizado por el enlace (por ejemplo ATM o Frame Relay). De manera que el esquema de la red será como el de la Figura 4. Figura 5: Un enlace con una LAN remota a través de una VPN En cambio, la VPN solamente requiere que ambas redes tengan conexión con Internet. Este tipo de enlace se utilizará en el caso de que los requerimientos sean menos exigentes, permitiendo disminuir los costos. Es importante 10

destacar que la calidad de la conexión VPN va a depender del servicio de acceso a Internet con el que se cuente. Un enlace de este tipo podrá ser utilizado, además, por los empleados de la empresa para conectarse a la red interna desde cualquier estación que tenga una conexión a Internet. Esto no se podría hacer con enlaces punto a punto. Cada vez es más raro que las grandes empresas contraten servicios punto a punto como ATM. Esto se debe a la constante mejora de los accesos a Internet y el ofrecimiento de enlaces dedicados, con calidad de servicio garantizada por parte de los proveedores de servicio y el gran costo de los servicios punto a punto. Esto refleja la tendencia de migrar las redes de las empresas de comunicaciones de redes ATM a redes IP. Equipos para VPN Un equipo especifico para la realización de una VPN: Symantec Firewall / VPN Appliance Modelo Características Precio 100 4 port 10/100 auto-sense network switch. 1 U$S 369 WAN port Recomendado hasta 15 usuarios 200 2 WAN ports. Load balancing across the 2 U$S 499 WAN ports 8 port 10/100 auto-sense network switch Recomendado hasta 30 usuarios 200R Ídem modelo 200 pero con soporte remoto de clientes VPN con firewall personal integrado Recomendado hasta 30 usuarios u$s 999 Características No requiere IP fija para publicar servidores o establecer túneles de VPN (con DNS dinámico). Brinda soporte para todos los tipos de banda ancha del mercado, incluyendo la posibilidad de dial up backup por un módem externo cuando la conexión principal deja de funcionar. Estos mismos servicios pueden también conseguirse utilizando servidores propios que sean los encargados de establecer las conexiones de la Red Privada Virtual. Aunque tener un servidor en lugar de un equipo específico suele requerir un mayor esfuerzo de administración, los costos son menores ya que se utilizan para esta finalidad los servidores ya preparados para firewall. 11

Servicios de VPN Existen en Argentina empresas que ofrecen servicios de VPN. Telecom ofrece un servicio de VPN empresarial. Características: Interconexión de segmentos de LAN del Prestador. Certificación Cisco Powered Network. (CPN) Soluciones de acceso desde 64 k a 155 Mbps. Los routers están interconectados mediante vínculos IP sobre SDH. Utiliza el protocolo MPLS en el core. Permite la definición de diferentes VPNs lógicas permitiendo que diferentes subredes compartan la misma estructura física sin afectar la seguridad de la red. Telefónica lanzó ADSL Net-LAN para Pymes destinado a optimizar las comunicaciones entre una empresa y sus delegaciones a través de Redes Privadas Virtuales (VPNs). Permite múltiples tipos de acceso (ADSL, circuitos dedicados, acceso por red telefónica, acceso desde Internet) Disponibilidad del servicio en todo el país. Utilización de tecnologías MPLS e IPSec para la encriptación. El precio del servicio es de 50 euros al mes por acceso (U$S 63), es decir que si una empresa tiene tres delegaciones tendría que pagar 150 euros por el servicio. DataHost s.r.l. Composición de una VPN: VPN Gateway Software Firewall Router Dispositivos con un software y hardware especial para proveer de capacidad a la VPN 12

A. Especificaciones de los productos Switch Encore 8 Puertos 10/100 Código ENH908-NWY Puertos: 8 puertos para 10BASE-T/100BASE-TX Interfaces para medios: RJ-45 Funciones de switching Ethernet: Store-and-forward architecture Direcciones MAC que soporta: 1K Cumple con estándares IEEE802.3, IEEE802.3u and IEEE 802.3x Soporta MDI/MDI-X crossover 768KBytes de memoria buffer 3Com R OfficeConnect R Dual Speed Switch Código 3C16791A Puertos totales: 8 puertos 10/100 Ethernet con autosensing Interfaces con los medios: 10/100BASE-TX/RJ-45 Características de switching Ethernet: Store-and-forward; autonegociación full/half dúplex Código 3C16792A Puertos totales: 16 puertos 10/100 Ethernet con detección automática Interfaces con los medios: 10/100BASE-TX/RJ-45 Características de switching Ethernet : Store-and-forward; autonegociación full/half dúplex 13

3Com R Baseline Switch 2024 Código 3C16471-US Puertos: 24 puertos 10BASE-T/100BASE-TX con auto-detección y auto-configuración MDI/MDIX Interfaces para medios: RJ-45 Funciones de switching Ethernet: Velocidad total sin bloqueo en todos los puertos Ethernet, auto-negociación y control de flujo bidireccional / half-duplex Direcciones MAC que soporta: 4,000 Características y ventajas: El 3Com R Baseline Switch 2024 es un switch 10/100 de 24 puertos, sin bloqueo y sin administración diseñado para oficinas pequeñas a medianas. Este switch de clase empresarial, que se puede instalar en rack, puede colocarse en el armario de cableado o como unidad autónoma. El switch viene pre-configurado para una instalación rápida y fácil, utilizando económicos cables de cobre. Su auto-negociación ajusta la velocidad del puerto con la del dispositivo de comunicación. Cualquiera de los 24 puertos del switch pueden ofrecer Ethernet 10BASE-T para usuarios con requerimientos promedio de ancho de banda, o Fast Ethernet 100BASE-TX para usuarios de potencia con conexiones de red más nuevas. Para simplificar la conexión de cables, todos los puertos detectan automáticamente el tipo de cable Ethernet (MDI/MDIX). 3Com R Baseline Switch 2824 Total de Puertos: 24 puertos 10/100/1000 Ethernet con autosensing. Compatibilidad con Normas: ISO 8802-3, IEEE 802.3 (Ethernet), IEEE 802.3u (Fast Ethernet), IEEE 802.1d (bridging), IEEE 802.3x (control de flujo), IEEE 802.3ab (Gigabit Ethernet) Interfaces con los medios: 10/100/1000BASE-TX/RJ-45 Características de Switching: Store-and-forward, auto-negociación full- /half-duplex, Clase de Servicio (CoS)y priorización de tráfico 802.1p (queuing de prioridad) Direcciones MAC: 32,000 14

Características y ventajas: El 3Com R Switch 2824 es un switch Gigabit muy asequible, de alto rendimiento y sin administración, ideal en contextos dinámicos y creativos de pequeñas empresas. Con velocidades Gigabit de 1000 Mbps y una capacidad de switching de 32 Gbps, cumple con las necesidades de rendimiento incluso de las aplicaciones que más requieren un gran ancho de banda. Las características avanzadas de switching tales como priorización de tráfico 802.1p y Clase de Servicio (CoS) garantizan que aplicaciones en tiempo real como las de vídeo y audio tengan prioridad, de forma que puedan funcionar con efectividad, y permiten a los switches operar en contextos de redes de mayor tamaño. 15