“Redes convergentes”

Contenido

Unidad I. Diseño de redes..................................................................................................................2

1. Sistemas de cableado estructurado.......................................................................................2

1.1 Subsistemas de cableado estructurado................................................................................3

1.2 Escalabilidad.........................................................................................................................4

1.3 Punto de demarcación.........................................................................................................4

1.4 Salas de equipamiento.........................................................................................................5

1.5 MC, IC y HC...........................................................................................................................6

1.6 Códigos y estándares de cableado estructurado..................................................................7

1.7 La Asociación de la Industria de las Telecomunicaciones (TIA) y la Asociación de Industrias de Electrónica (EIA)....................................................................................................................7

2. Arquitecturas de redes orientadas a servicios........................................................................9

2.1 Diseño jerárquico de redes.......................................................................................................9

2.2 La arquitectura de redes orientadas a servicio de Cisco.........................................................11

2.3 Tecnologías WLAN..................................................................................................................13

2.3.1 Estándares operacionales IEEE 802.11............................................................................14

2.3.2 RF Site Survey..................................................................................................................15

Unidad II. Calidad en el servicio (QoS)..............................................................................................16

1. Introducción a la calidad en el servicio (QoS).......................................................................16

2. Modelos de QoS...................................................................................................................18

3. Descripcion de DiffServ QoS.................................................................................................18

4. Clasificación y marcado de tráfico........................................................................................18

5. Mecanismos de QoS para administrar y evitar la congestión de la red................................18

6. AutoQoS...............................................................................................................................18

Unidad I. Diseño de redes

Objetivo. El alumno diseñará redes convergentes aplicando las arquitecturas orientadas al servicio considerando la infraestructura adecuada para garantizar la transmisión eficiente de información.

1. Sistemas de cableado estructurado

El cableado estructurado es un enfoque sistemático del cableado. Es un método para crear un sistema de cableado organizado que pueda ser fácilmente comprendido por los instaladores, administradores de red y cualquier otro técnico que trabaje con cables.

Hay tres reglas que ayudan a garantizar la efectividad y la eficiencia en los proyectos de diseño del cableado estructurado.

La primera regla es buscar una solución completa de conectividad. Una solución óptima para lograr la conectividad de redes abarca todos los sistemas que han sido diseñados para conectar, tender, administrar e identificar los cables en los sistemas de cableado estructurado. La implementación basada en estándares está diseñada para admitir tecnologías actuales y futuras. El cumplimiento de los estándares servirá para garantizar el rendimiento y confiabilidad del proyecto a largo plazo.

La segunda regla es planificar el crecimiento a futuro. La cantidad de cables instalados debe satisfacer necesidades futuras. Se deben tener en cuenta las soluciones de categoría 5e, categoría 6 y de fibra óptica para garantizar que se satisfagan futuras necesidades. La instalación de la capa física debe poder funcionar durante diez años o más.

La regla final es conservar la libertad de elección de proveedores. Aunque un sistema cerrado y propietario puede resultar más económico en un principio, con el tiempo puede resultar mucho más costoso. Con un sistema provisto por un único proveedor y que no cumpla con los estándares, es probable que más tarde sea más difícil realizar traslados, ampliaciones o modificaciones.

1.1 Subsistemas de cableado estructurado

Figura 1. Subsistemas de cableado estructurado

Hay siete subsistemas relacionados con sistemas de cableado estructurado como se ve en la figura 1. Cada subsistema realiza funciones determinadas para proveer servicios de datos y voz en toda la planta de cables:

Punto de demarcación (demarc) dentro de las instalaciones de entrada (EF) en la sala de equipamiento.

Sala de equipamiento (ER). Sala de telecomunicaciones (TR). Cableado backbone, también conocido como cableado vertical. Cableado de distribución, también conocido como cableado horizontal. Área de trabajo (WA). Administración.

El demarc es donde los cables del proveedor externo de servicios se conectan a los cables del cliente en su edificio. El cableado backbone está compuesto por cables de alimentación que van desde el demarc hasta la salas de equipamiento y luego a la salas de telecomunicaciones en todo el edificio. El cableado horizontal distribuye los cables desde las salas de telecomunicaciones hasta

las áreas de trabajo. Las salas de telecomunicaciones es donde se producen las conexiones que proporcionan una transición entre el cableado backbone y el horizontal.

Estos subsistemas convierten al cableado estructurado en una arquitectura distribuida con capacidades de administración que están limitadas al equipo activo, como por ejemplo los PC, switches, hubs, etc. El diseño de una infraestructura de cableado estructurado que enrute, proteja, identifique y termine los medios de cobre o fibra de manera apropiada, es esencial para el funcionamiento de la red y sus futuras actualizaciones.

1.2 Escalabilidad

Una LAN que es capaz de adaptarse a un crecimiento posterior se denomina red escalable. Es importante planear con anterioridad la cantidad de tendidos y de derivaciones de cableado en el área de trabajo. Es preferible instalar cables de más que no tener los suficientes.

Además de tender cables adicionales en el área de backbone para permitir posteriores ampliaciones, por lo general se tiende un cable adicional hacia cada estación de trabajo o escritorio. Esto ofrece protección contra pares que puedan fallar en cables de voz durante la instalación, y también permite la expansión. Por otro lado, es una buena idea colocar una cuerda de tracción cuando se instalan los cables para facilitar el agregado de cables adicionales en el futuro. Cada vez que se agregan nuevos cables, se debe también agregar otra cuerda de tracción.

1.3 Punto de demarcación

El punto de demarcación (demarc) es el punto en el que el cableado externo del proveedor de servicios se conecta con el cableado backbone dentro del edificio. Representa el límite entre la responsabilidad del proveedor de servicios y la responsabilidad del cliente. En muchos edificios, el demarc está cerca del punto de presencia (POP) de otros servicios tales como electricidad y agua corriente.

El proveedor de servicios es responsable de todo lo que ocurre desde el demarc hasta la instalación del proveedor de servicios. Todo lo que ocurre desde el demarc hacia dentro del edificio es responsabilidad del cliente.

El proveedor de telefonía local normalmente debe terminar el cableado dentro de los 15 m (49,2 pies) del punto de penetración del edificio y proveer protección primaria de voltaje. Por lo general, el proveedor de servicios instala esto.

Asociación de Industrias Electrónicas (EIA) desarrollan y publican estándares para muchas industrias, incluyendo la industria del cableado. Se deben aplicar estos estándares durante cualquier proceso de instalación o mantenimiento del cableado de voz o de datos, para garantizar que el cableado sea seguro, esté correctamente instalado, y tenga el rendimiento adecuado.

El estándar TIA/EIA-569-A especifica los requisitos para el espacio del demarc. Los estándares sobre el tamaño y estructura del espacio del demarc se relacionan con el tamaño del edificio. Para edificios de más de 2000 metros cuadrados (21.528 pies cuadrados), se recomienda contar con una habitación dentro del edificio que sea designada para este fin y que tenga llave.

Las siguientes son pautas generales para determinar el sitio del punto de demarcación.

Calcule 1 metro cuadrado (10,8 pies cuadrados) de un montaje de pared de madera terciada por cada área de 20-metros cuadrados (215,3 pies cuadrados) de piso.

Cubra las superficies donde se montan los elementos de distribución con madera terciada resistente al fuego o madera terciada pintada con dos capas de pintura ignífuga.

Ya sea la madera terciada o las cubiertas para el equipo de terminación deben estar pintadas de color naranja para indicar el punto de demarcación.

1.4 Salas de equipamiento

Una vez que el cable ingresa al edificio a través del demarc, se dirige hacia la instalación de entrada (EF), que por lo general se encuentra en la sala de equipamiento (ER). La sala de equipamiento es el centro de la red de voz y datos. La sala de equipamiento es esencialmente una gran sala de telecomunicaciones que puede albergar el marco de distribución, servidores de red, routers, switches, PBX telefónico, protección secundaria de voltaje, receptores satelitales, moduladores y equipos de Internet de alta velocidad, entre otros. Los aspectos de diseño de la sala de equipamiento se describen en los estándares TIA/EIA-569-A.

En edificios grandes, la sala de equipamiento puede alimentar una o más salas de telecomunicaciones (TR) distribuidas en todo el edificio. Las TR albergan el equipo del sistema de cableado de telecomunicaciones para un área particular de la LAN, como por ejemplo, un piso o parte de un piso. Esto incluye las terminaciones mecánicas y dispositivos de conexión cruzada para sistemas de cableado backbone y horizontal. Los routers, hubs y switches de departamentos y grupos de trabajo se encuentran comúnmente en la TR.

El hub de cableado y un panel de conexión de una TR pueden estar montados contra una pared con una consola de pared con bisagra, un gabinete para equipamiento completo, o un bastidor de distribución.

La consola de pared con bisagra debe ser colocada sobre un panel de madera terciada que cubra la superficie de pared subyacente. La bisagra permite que la unidad pueda girar hacia afuera de

modo que los técnicos tengan fácil acceso a la parte posterior de la pared. Es importante dejar 48 cm (19 pulgadas) para que el panel se pueda separar de la pared.

El bastidor de distribución debe tener un mínimo de 1 metro (3 pies) de espacio libre para poder trabajar en la parte delantera y trasera del bastidor. Para montar el bastidor de distribución, se utiliza una placa de piso de 55,9 cm (22 pulgadas). La placa de piso brinda estabilidad y determina la distancia mínima para la posición final del bastidor de distribución. La Figura 2 muestra un bastidor de distribución.

Un gabinete para equipamiento completo requiere por lo menos 76,2 cm (30 pulgadas) de espacio libre delante de la puerta para que ésta se pueda abrir. Los gabinetes para equipamiento tienen por lo general 1,8 m (5,9 pies) de alto, 0,74 m (2,4 pies) de ancho y 0,66 m (2.16 pies) de profundidad.

Cuando coloque el equipamiento dentro de los bastidores de equipos, tenga en cuenta si el equipo utiliza electricidad o no. Otras consideraciones a tener en cuenta son el tendido y administración de los cables y la facilidad de uso. Por ejemplo, un panel de conexión no debe colocarse en la parte de arriba de un bastidor si se van a realizar modificaciones significativas después de la instalación. Los equipos pesados como switches y servidores deben ser colocados cerca de la base del bastidor por razones de estabilidad.

La escalabilidad que permite el crecimiento futuro es otro aspecto a tener en cuenta en la configuración del equipamiento. La configuración inicial debe incluir espacio adicional en el bastidor para así poder agregar otros paneles de conexión o espacio adicional en el piso para instalar bastidores adicionales en el futuro.

La instalación adecuada de bastidores de equipos y paneles de conexión en la TR permitirá, en el futuro, realizar fácilmente modificaciones a la instalación del cableado.

1.5 MC, IC y HC

Por varias razones, la mayoría de las redes tienen varias TR. Si una red está distribuida en varios pisos o edificios, se necesita una TR para cada piso de cada edificio. Los medios sólo pueden recorrer cierta distancia antes de que la señal se comience a degradar o atenuar. Es por ello que las TR están ubicadas a distancias definidas dentro de la LAN para ofrecer interconexiones y conexiones cruzadas a los hubs y switches, con el fin de garantizar el rendimiento deseado de la red. Estas TR contienen equipos como repetidores, hubs, puentes, o switches que son necesarios para regenerar las señales.

La TR primaria se llama conexión cruzada principal (MC) La MC es el centro de la red. Es allí donde se origina todo el cableado y donde se encuentra la mayor parte del equipamiento. La conexión cruzada intermedia (IC) se conecta a la MC y puede albergar el equipamiento de un edificio en el

campus. La conexión cruzada horizontal (HC) brinda la conexión cruzada entre los cables backbone y horizontales en un solo piso del edificio.

1.6 Códigos y estándares de cableado estructurado

Los estándares son conjuntos de normas o procedimientos de uso generalizado, o que se especifican oficialmente, y que sirven como modelo de excelencia. Un proveedor especifica ciertos estándares. Los estándares de la industria admiten la interoperabilidad entre varios proveedores de la siguiente forma:

Descripciones estandarizadas de medios y configuración del cableado backbone y horizontal.

Interfaces de conexión estándares para la conexión física del equipo. Diseño coherente y uniforme que siga un plan de sistema y principios de diseño básicos.

Hay numerosas organizaciones que regulan y especifican los diferentes tipos de cables. Las agencias locales, estatales, de los condados o provincias y nacionales también emiten códigos, especificaciones y requisitos.

Una red que se arma según los estándares debería funcionar bien, o interoperar con otros dispositivos de red estándar. El rendimiento a largo plazo y el valor de la inversión de muchos sistemas de cableado de red se ven reducidos porque los instaladores no cumplen con los estándares obligatorios y recomendados.

Muchas organizaciones internacionales tratan de desarrollar estándares universales. Organizaciones como IEEE, ISO, y IEC son ejemplos de organismos internacionales de homologación. Estas organizaciones incluyen miembros de muchas naciones, las cuales tiene sus propios procesos para generar estándares.

1.7 La Asociación de la Industria de las Telecomunicaciones (TIA) y la Asociación de Industrias de Electrónica (EIA)

La TIA/EIA son asociaciones industriales que desarrollan y publican una serie de estándares sobre el cableado estructurado para voz y datos para las LAN.

Tanto la TIA como la EIA están acreditadas por el Instituto Nacional Americano de Normalización (ANSI) para desarrollar estándares voluntarios para la industria de las telecomunicaciones. Muchos de los estándares están clasificados ANSI/TIA/EIA. Los distintos comités y subcomités de TIA/EIA desarrollan estándares para fibra óptica, equipo terminal del usuario, equipo de red, comunicaciones inalámbricas y satelitales.

Estándares TIA/EIA

Aunque hay muchos estándares y suplementos, los que se enumeran a continuación son los que los instaladores de cableado utilizan con más frecuencia:

TIA/EIA-568-A: Este antiguo Estándar para Cableado de Telecomunicaciones en Edificios Comerciales especificaba los requisitos mínimos de cableado para telecomunicaciones, la topología recomendada y los límites de distancia, las especificaciones sobre el rendimiento de los aparatos de conexión y medios, y los conectores y asignaciones de pin.

TIA/EIA-568-B: El actual Estándar de Cableado especifica los requisitos sobre componentes y transmisión para los medios de telecomunicaciones. El estándar TIA/EIA-568-B se divide en tres secciones diferentes: 568-B.1, 568-B.2 y 568-B.3.

o TIA/EIA-568-B.1 especifica un sistema genérico de cableado para telecomunicaciones para edificios comerciales que admite un entorno de múltiples proveedores y productos.

o TIA/EIA-568-B.1.1 es una enmienda que se aplica al radio de curvatura del cable de conexión UTP de 4 pares y par trenzado apantallado (ScTP) de 4 pares.

o TIA/EIA-568-B.2 especifica los componentes de cableado, transmisión, modelos de sistemas y los procedimientos de medición necesarios para la verificación del cableado de par trenzado.

o TIA/EIA-568-B.2.1 es una enmienda que especifica los requisitos para el cableado de Categoría 6.

o TIA/EIA-568-B.3 especifica los componentes y requisitos de transmisión para un sistema de cableado de fibra óptica.

TIA/EIA-569-A: El Estándar para Recorridos y Espacios de Telecomunicaciones en Edificios Comerciales especifica las prácticas de diseño y construcción dentro de los edificios y entre los mismos, que admiten equipos y medios de telecomunicaciones.

TIA/EIA-606-A: El Estándar de Administración para la Infraestructura de Telecomunicaciones de Edificios Comerciales incluye estándares para la rotulación del cableado. Los estándares especifican que cada unidad de terminación de hardware debe tener una identificación exclusiva. También describe los requisitos de registro y mantenimiento de la documentación para la administración de la red.

TIA/EIA-607-A: Los estándares sobre Requisitos de Conexión a Tierra y Conexión de Telecomunicaciones para Edificios Comerciales admiten un entorno de varios proveedores y productos diferentes, así como las prácticas de conexión a tierra para varios sistemas que pueden instalarse en las instalaciones del cliente. El estándar especifica los puntos exactos de interfaz entre los sistemas de conexión a tierra y la configuración de la conexión a tierra para los equipos de telecomunicaciones. El estándar también especifica las configuraciones de la conexión a tierra y de las conexiones necesarias para el funcionamiento de estos equipos.

Para saber más…

Cisco Systems. (2003). Suplemento sobre cableado estructurado, Programa de la Academia de Cisco CCNA 1: Conceptos básicos sobre networking v3.1.

2. Arquitecturas de redes orientadas a servicios

Los modelos de redes jerárquicos permiten diseñar redes que usan especialización de funciones combinados con una organización jerárquica. Tal diseño simplifica las tareas requeridas para construir una red que cumplan los requerimientos actuales y puede crecer para cumplir los requerimientos a futuro. Los modelos jerárquicos utilizan niveles o capas para simplificar las tareas, así, cada capa se enfoca en una función específica, permitiéndote elegir los sistemas y características correctos de cada capa. Los modelos jerárquicos aplican a diseños tanto de redes LAN como WAN.

Los beneficios de utilizar modelos jerárquicos para el diseño de las redes incluyen los siguientes:

Reducción de costos Facilidad de comprensión o interpretación Crecimiento modular Mejora en el aislamiento de errores

2.1 Diseño jerárquico de redes

Como se muestra en la figura 2, un tradicional diseño jerárquico para una LAN tiene 3 capas. Entre las ventajas que tenemos de separar las redes en 3 niveles tenemos que es más fácil diseñar, implementar, mantener y escalar la red, además de que la hace más confiable, con una mejor relación costo/beneficio. Cada capa tiene funciones específicas asignadas y no se refiere necesariamente a una separación física, sino lógica; así que podemos tener distintos dispositivos en una sola capa o un dispositivo haciendo las funciones de más de una de las capas.

Las capas y sus funciones son:

Capa de Núcleo (core layer): esta capa es el backbone de alta velocidad de la red, la cual es crucial para comunicaciones corporativas. Debe tener las siguientes características: transporte rápido, alta confiabilidad, redundancia, tolerancia a fallos, rápida adaptación a fallos, baja latencia. Su única función es switchear tráfico tan rápido como sea posible.

Se debe diseñar el core para una alta confiabilidad (high reliability), por ejemplo con tecnologías de capa dos que faciliten redundancia y velocidad, como FDDI, Gigabit Ethernet (con enlaces

redundantes), ATM, y seleccionamos todo el diseño con la velocidad en mente, procurando la latencia más baja, y considerando protocolos con tiempo de convergencia más bajos.

Figura 2. Diseño jerárquico de redes

Capa de distribución (distribution layer): routing. Esta capa es el medio de comunicación entre la capa de acceso y el núcleo. Las funciones de esta capa son proveer ruteo, filtrado, acceso a la red WAN y determinar qué paquetes deben llegar al core. Aquí se implementan las políticas de red, por ejemplo: ruteo, access-list, filtrado de paquetes, colas de espera, se implementan la seguridad y las políticas de red (traducciones NAT y firewalls), la redistribución entre protocolos de ruteo, ruteo entre VLANs, se definen dominios de broadcast y multicast.

Capa de acceso (access layer): switching. Esta capa proporciona a los usuarios acceso a segmentos locales de la red, controla a los usuarios y el acceso de grupos de trabajo o los recursos de la red. Entre las funciones más importantes están la continuación de control de tráfico y políticas, creación de dominios de colisión separados (segmentación), alta disponibilidad, seguridad en puertos, limite en tasas de transferencia, inspección del protocolo ARP. En esta capa se lleva a cabo la segmentación Ethernet, DDR y ruteo estático.

Los switchs LANs de esta capa pueden controlar el acceso a los puertos y limitar la tasa de transferencia al enviar y recibir tramas hacia y desde el switch. Esto se puede implementar al identificar las direcciones MAC utilizando ARP y utilizando listas de acceso.

2.2 La arquitectura de redes orientadas a servicio de Cisco

La extremadamente rica variedad de aplicaciones de negocios disponible hoy en día y la necesidad de integrar dichas aplicaciones conduce a la necesidad de una nueva arquitectura para redes.

La arquitectura SONA (Service Oriented Network Architecture, por sus siglas en inglés), es un framework arquitectónico que ilustra cómo construir sistemas integrados y guía a la evolución de las empresas hacia redes más inteligentes. Al utilizar el framework SONA, las empresas pueden mejorar la flexibilidad e incrementar su eficiencia al optimizar sus aplicaciones, procesos de negocio y sus recursos al habilitar las Tecnologías de la Información y tener un efecto mayor en los negocios.

El framework SONA (figura 3), muestra cómo los sistemas integrados pueden permitir una arquitectura flexible y dinámica al proveer eficiencia operacional a través de la estandarización y la virtualización.

Figura 3. Framework SONA de Cisco

El framework SONA define las siguientes tres capas:

Capa de infraestructura en red. Es donde todos los recursos de TI están interconectados a través de los cimientos de la red convergente. Los recursos de TI incluyen servidores, dispositivos de almacenamiento y clientes. La capa de infraestructura en red representa cómo esos recursos existen en diferentes lugares en la red, incluyendo campus, sucursales, data centers, WAN, MAN y

trabajadores remotos. El objetivo de esta capa es proporcionar conectividad, en cualquier lugar y a cualquier hora.

Capa de servicios interactivos. Esta capa incluye servicios de aplicaciones de red así como servicios de infraestructura. Esta capa permite una asignación eficiente de recursos para aplicaciones y procesos de negocios provistos a través de la infraestructura de la red. Esta capa incluye los siguientes servicios: voz y colaboración, movilidad, wireless, identidad y seguridad, almacenamiento, cómputo, aplicaciones en red, virtualización, QoS, alta disponibilidad, multicast IP.

Capa de aplicaciones. Esta capa incluye aplicaciones de negocio y colaboración. El objetivo de esta capa es recibir requerimientos de negocio e impulsar la eficiencia de la capa de los servicios interactivos. Esta capa incluye las siguientes aplicaciones colaborativas: mensajería instantánea, telefonía IP, transmisión de video usando el Cisco Digital Media System, entre otros.

Figura 4. Servicios Cisco SONA.

En resumen, el marco de trabajo SONA, ofrece los siguientes beneficios:

Funcionalidad: soporta los requerimientos de la organización. Escalabilidad: soporta crecimiento y expansión de las tareas de la organización al separar

funciones y productos en capas; esta separación hace más fácil el crecimiento de la red. Disponibilidad: proporciona los servicios necesarios, confiabilidad, donde sea y cuando

sea.

Desempeño: provee el grado de reacción deseado, rendimiento y utilización a través de los servicios e infraestructura de la red.

Manejabilidad: provee control, supervisión de desempeño y detección de fallas. Eficiencia: proporciona los servicios de red e infraestructura requeridos con un costo

operacional razonable e inversión de capital apropiados, al migrar hacia una red más inteligente, mediante el crecimiento de los servicios de red paso a paso.

Seguridad: provee un balance efectivo entre usabilidad y seguridad al proteger de amenazas de información y la infraestructura tanto internas como externas.

2.3 Tecnologías WLAN

Un sistema de comunicación inalámbrica utiliza energía de radio frecuencia (RF) para transmitir datos de un punto a otro a través del aire; el término señal es utilizado para referirse a esta energía de RF. El dato a transmitirse primero es modulado (convertido) en una señal portadora y después enviado; los receptores demodulan (convierten) la señal y procesan el dato.

Existen diferentes tipos de tecnologías inalámbricas, cada una cubre un área geográfica distinta:

Redes de área personal (PAN): típicamente cubre un espacio de trabajo personal. Redes de área local: las LAN’s inalámbricas (WLAN), están diseñadas para ser redes

empresariales que permiten el uso de suites completas de aplicaciones, sin cables. Redes de área metropolitana (MAN): las redes MAN’s inalámbricas están desarrolladas

dentro de un área metropolitana, permitiendo la conectividad inalámbrica a lo largo de un área urbana.

Redes de área amplia (WAN): las WAN’s inalámbricas típicamente son más lentas pero ofrecen mayor cobertura, abarcando áreas rurales.

Las redes WLAN remplazan el medio de transmisión de capa 1 de una red alámbrica tradicional (usualmente cable categoría 5) con radio transmisión sobre el aire. Las WLAN se pueden conectar a una red LAN cableada y funcionar sobre ella o pueden ser desarrolladas por sí solas donde el cableado de red no es posible. Una computadora con una NIC inalámbrica se conecta a una WLAN mediante un punto de acceso (Access point – AP). Una WLAN desarrollada apropiadamente puede proveer acceso instantáneo a la red desde cualquier lugar dentro de las instalaciones de manera que los usuarios puedan “vagar” sin perder su conexión a la red.

Los productos inalámbricos de Cisco admiten las siguientes tres topologías:

Acceso a clientes inalámbricos: para la conectividad de usuarios móviles. Puente inalámbrico: para interconectar LAN’s que se encuentran físicamente separadas,

por ejemplo, en diferentes edificios.

Red de malla inalámbrica: provee accedo a clientes así como una conexión dinámica y redundante entre edificios.

Las WLAN usan un identificador (SSID – Service Set Identifier) para identificar el nombre de la WLAN. Este SSID debe ser de 2 a 32 caracteres de longitud. Todos los dispositivos en la WLAN deben tener configurado el mismo SSID para comunicarse, es similar a una VLAN en una red cableada.

La capa de control de acceso al medio (MAC) de la IEEE 802.11 implementa el método de acceso CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/ Collision Avoidance). Con este método, cada estación WLAN “escucha” para ver si algún dispositivo está transmitiendo. Si no ocurre actividad, la estación transmite. Si existe algún tipo de transmisión, la estación usa un conteo regresivo con un reloj. Cuando el tiempo expira, la estación transmite.

Algunas de las agencias y grupos de estándares relacionados con redes WLAN son los siguientes:

- Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE): crea y mantiene estándares operacionales.

- Instituto de Estándares de Telecomunicaciones Europeo (ETSI): colegiados para producir estándares comunes en Europa.

- Wi-Fi Alliance: promueve y prueba interoperabilidad para redes WLAN.- WLAN Association: educa y promueve el uso de las WLAN.

2.3.1 Estándares operacionales IEEE 802.11

En Septiembre de 1999, la IEEE ratificó el estándar IEEE 802.11 (5 GHz a 54 Mpbs) y el estándar 802.11b (2.4 GHz a 11 Mbps). En Junio del 2003, la IEEE ratificó el estándar 802.11g (2.4 GHz a 54 Mbps); este estándar es compatible con los sistemas 802.11b, ya que ambos usan el mismo ancho de banda en la misma frecuencia. A continuación se presenta un resumen de los estándares IEEE 802.11 para comunicaciones inalámbricas:

Protocolo IEEE Fecha de lanzamiento

Frecuencia Ancho de banda Ancho de banda máximo

802.11 1997 ISM 1 Mbps 2 Mbps802.11a 1999 UNII 25 Mbps 54 Mbps802.11b 1999 ISM 6.5 Mbps 11 Mbps802.11g 2003 ISM 25 Mbps 54 Mbps802.11n 2007 ISM o UNII 200 Mbps 540 Mbps

Tabla 1. Resumen estándares IEEE

2.3.2 RF Site Survey

Las redes inalámbricas utilizan un medio compartido, el aire, para transmitir ondas de radio frecuencia (RF). En este, existen obstáculos e interferencias que afectan la calidad del aire. Dos redes similares (por ejemplo, dos sucursales bancarias de arquitectura similar) pueden dar rendimientos muy diferentes por causa del entorno: vecinos, ruidos, materiales de construcción, decorados, etc. Por lo tanto, es de vital importancia, antes de desplegar una red inalámbrica, estudiar “el terreno” y el entorno. A ese estudio se le conoce como “site survey” – estudio o evaluación de sitio.

Un site survey de RF es el primer paso en el diseño y desarrollo de una red inalámbrica, y el más importante para asegurar la operación deseada. Un estudio de sitio es un proceso en el cual el “perito” estudia las instalaciones para entender las características de RF en el ambiente, planea y revisa las áreas de cobertura, verifica la interferencia y determina el lugar apropiado para establecer los dispositivos inalámbricos de la infraestructura de la red.

La meta principal del site survey es proveer suficiente información para determinar el número y ubicación de los access points que provean la adecuada cobertura a través del edificio. Un site survey de RF adicionalmente detecta la presencia de interferencia proveniente de otros orígenes (microondas, teléfonos inalámbricos) que puedan degradar el performance de la WLAN.

Cuando conducimos un site survey de RF, se realizan los siguientes pasos:

- Definir requisitos de usuario.- Obtener un diagrama del área.- Inspección visual del área.- Identificación de áreas y densidad de usuarios.- Determinación preliminar de los access points.- Verificar la locación de los access points.- Documentar los resultados.

Para saber más…

Teare D. (2007). Designing for Cisco Internetwork Solution. 2nd Ed. Pearson Education.

Bruno A. (2007). CCDA Official Exam Certification Guide. 3rd Ed. Pearson Education.

Unidad II. Calidad en el servicio (QoS)

Objetivo. El alumno implementará y administrará la QoS en las redes de las organizaciones para aprovechar al máximo la infraestructura de telecomunicaciones.

Figura 5. Ejemplo de QoS

1. Introducción a la calidad en el servicio (QoS)

Hace pocos años, debido básicamente a la baja capacidad de las redes, la posibilidad de llevar a cabo aplicaciones relacionadas con información multimedia (videoconferencia, audioconferencia, video bajo demanda, pizarras compartidas, teletrabajo, telemedicina, etc.) eran prácticamente impensable, pero en estos momentos es una realidad. Se ha avanzado mucho en la comprensión de audio y video, y en tecnologías de redes.

Afortunadamente, en la actualidad se están implantando nuevas tecnologías de fibra óptica que proporcionan el gran ancho de banda requerido por las aplicaciones anteriores, pero no basta solo con el aumento del mismo, es necesario gestionarlo de manera eficiente: utilizarlo en un porcentaje elevado asegurando una calidad determinada. Esto es la calidad en el servicio (QoS).

Hasta hace poco este término no era importante en la mayoría de los sistemas. Para comprobarlo tan solo tenemos que pensar en los algoritmos que se usan actualmente en la transmisión de paquetes por la red (pensar en el sistema Best Effort utilizado en Internet), estos algoritmos suelen garantizar la llegada de todos los paquetes, pero no dan ninguna cota respecto al límite de su llegada a destino. Esta forma de transmisión es buena para muchas aplicaciones, como por ejemplo la transmisión de archivos (FTP), la navegación vía Web, el correo electrónico, donde lo importante es que los datos lleguen correctamente. Para el tráfico en tiempo real, en cambio, los

datos necesitan llegar a su destino en un tiempo determinado, ya que tardar un poco más implica que la aplicación se detendría por falta de datos, lo cual sería inadmisible.

La calidad en el servicio (QoS) es el rendimiento de extremo a extremo de los servicios electrónicos tal y como los percibe el usuario final. Los parámetros de QoS son: el ancho de banda (bandwith), el retardo (delay), la variación del retardo (jitter) y la pérdida de paquetes (packet loss). Una red debe garantizar cierto nivel de calidad de servicio para un nivel de tráfico que sigue un conjunto especificado de parámetros.

La implementación de políticas de calidad de servicio se puede enfocar en varios puntos según los requerimientos de la red, los principales son:

Asignar ancho de banda en forma diferenciada. Evitar y/o administrar la congestion de la red. Manejar prioridades de acuerdo al tipo de tráfico. Modelar el tráfico de la red.

Ancho de banda (Bandwidth)

El término ancho de banda es una medida de la capacidad de transmisión de datos y se refiere al número de bits por segundo que pueden viajar a través de un medio. Esta capacidad se ve disminuida por factores negativos tales como el retardo, que pueden causar un deterioro en la calidad.

Aumentar el ancho de banda significa poder transmitir más datos (algo así como aumentar el número de carriles de una autopista), pero también implica un incremento económico y, en ocasiones, resulta imposible su ampliación sin cambiar de tecnología de red.

Retardo (Delay)

Es la variación temporal y/o retraso de la llegada de los flujos de datos a su destino. Es una característica que se hace muy evidente en aplicaciones como la videoconferencia donde todos hemos experimentado alguna vez el retraso en la recepción de algún mensaje vocal enviado por nosotros y el retardo existente entre la señal de voz y la señal de video. Teniendo en cuenta hacia qué tipo de aplicaciones se están orientando las telecomunicaciones (es evidente la llegada de voz sobre IP), es necesario que las en las políticas de QoS definidas para nuestra red este parámetro sea reducido al mínimo.

Variación del retardo (Jitter)

Es lo que ocurre cuando los paquetes transmitidos en una red no llegan a su destino en debido orden o en la base de tiempo determinada, es decir, varían en latencia. Algo semejante a la distorsión de una señal. En redes de conmutación de paquetes, jitter es una distorsión de los tiempos de llegada de los paquetes recibidos, comparados con los tiempos de los paquetes

transmitidos originalmente. Esta distorsión es particularmente perjudicial para el tráfico multimedia.

Una solución ante el jitter es la utilización de buffers en el receptor. Pero esta medida es poco eficaz, dado que sería necesario un gran tamaño para los buffers, lo que implica un costo económico en los equipos, y porque estos buffers incrementarían el retardo. El tamaño de uno de estos buffers debería ser al menos dos veces el tamaño del jitter y el retardo adicional introducido por el buffer podría superar el retardo máximo permitido por la aplicación.

Pérdida de paquetes (packet loss)

Indica el número de paquetes perdidos durante la transmisión. Normalmente se mide en tanto por ciento. Por ejemplo, los routers pierden/niegan/descartan paquetes por muchas razones, muchas de las cuales, las herramientas QoS no pueden hacer nada.

2. Modelos de QoS

Existen 3 modelos de QoS llamados Best-Effort, IntServ y DiffServ. Los cuales serán definidos a continuación:

Best-Effort. Este modelo es el más sencillo. Es un modelo simple de servicio, en el cual, una aplicación envía información cuando ella lo desea, en cualquier cantidad, sin ningún permiso requerido y sin informar previamente a la red. Es decir, simplemente este modelo quiere decir que no se aplica calidad en el servicio al tráfico. Además, este modelo no asegura tasa de transferencia, retraso o fiabilidad. Por último, utiliza el modelo de cola FIFO (First In First Out) para sus transmisiones.

Decimos que una red o un proveedor ofrece calidad en el servicio cuando se garantiza el valor de uno o varios de los parámetros que definen esta calidad. Si el proveedor no se compromete en ningún parámetro decimos que lo que ofrece es un servicio “best-effort”. TCP/IP fue diseñado para dar un servicio best-effort también. Existen aplicaciones que no pueden funcionan en redes congestionadas con best-effort, por ejemplo, la videoconferencia o VoIP.

IntServ (Integrated Services). Este modelo se basa en la idea de reserva de recursos en la red por flujos. Un flujo es una cadena de paquetes que fluyen por la red desde una aplicación en una computadora origen hasta una aplicación en una computadora destino. Para cada flujo entrante se definen los recursos (ancho de banda, retardo, etc.) que serán necesarios para este flujo. La reserva de recursos debe establecerse previamente en cada uno de los routers que forman parte del camino entre el origen y el destino. Cada nodo en el camino indica si puede asegurar la reserva y mantiene una tabla con el estado de la reserva por flujo.

La principal limitación de este modelo es la gran cantidad de información que debe almacenar cada nodo, provocando que la solución no sea aplicable en situaciones con gran cantidad de flujos entre usuarios finales.

DiffServ (Differentiated Services). Este modelo será descrito a continuación.

3. Descripción de DiffServ QoS

Differentiated Services es un protocolo de QoS propuesto por IETF [RFC 2475 y RFC 2474] que permite distinguir diferentes clases de servicio marcando los paquetes. Consiste en un método para marcar o etiquetar paquetes, permitiendo a los routers modificar su comportamiento de envío. Cada tipo de etiqueta representa un determinado tipo de QoS y el tráfico con la misma etiqueta se trata de la misma forma.

DiffServ fue desarrollada en respuesta a la necesidad de métodos toscos pero simples de proveer diferentes niveles de servicio para el tráfico de internet y para soportar diferentes tipos de aplicaciones y negocios específicos.

Para proporcionar los diferentes niveles de servicio utiliza el campo type of service (ToS) o DiffServ Codepoint (DSCP) de la cabecera del estándar IPv4 e IPv6. Éste es un campo de 8 bits estando los últimos 2 reservados. Con los 6 bits restantes se consiguen 64 combinaciones: 48 para el espacio global y 16 para uso local.

Figura 6. Cabecera IPv4

Para su funcionamiento, DiffServ divide el tráfico en unas pocas clases y los recursos se asignan con base a las clases (y no a los flujos individuales como IntServ), lo que hace que esta arquitectura no sufra el problema de agotamiento de recursos de la red.

Para el control del tráfico DiffServ tiene dos enrutadores (routers): los nodos frontera y los nodos interiores (Figura 7). Solo los nodos frontera clasifican clasifican tráfico y marcan paquetes,

mientras que los nodos interiores usan las clases codificadas en la cabecera del paquete (llamadas clases de retransmisión o forwarding equivalence class) para determinar el tratamiento de los paquetes. El tratamiento que reciben los paquetes según su clase se denomina tratamiento de retransmisión (PHB ó Per-Hop Behaviour).

Figura 7. Arquitectura de una red DiffServ

Los conceptos clave de DiffServ se pueden resumir de la siguiente forma:

Toma ventaja de las propiedades escalables de las herramientas QoS basadas en clases para diferencias entre tipos de paquetes, con la meta de “diferenciar servicios en Internet”.

En una red simple, los paquetes deberían ser marcados al ingreso a un punto dentro de la red, con otros dispositivos realizando elecciones QoS basados en el campo marcado.

El campo marcado estará en el encabezado IP y no en el encabezado de la capa de enlace de datos, ya que el encabezado IP permanece a lo largo de toda la red.

Entre redes, los paquetes pueden ser reclasificados y remarcados al ingresar dentro de otra red.

Para facilitar el marcado, el encabezado IP ha sido redefinido al incluir un campo de 6 bits llamado DSCP, el cual permite 64 clasificaciones diferentes.

Aparte de las estrategias generales de QoS, DiffServ realmente provee dos características claves adicionales: el campo DSCP y algunas sugerencias de cómo usar este campo.

4. Clasificación y marcado de tráfico

La mayoría de las herramientas QoS clasifican el tráfico. El cual, permite a cada clase de tráfico recibir un trato diferente con respecto a otras clases de tráfico. Estos diferentes tipos de tráfico, en terminología QoS se les llama típicamente clases de servicio. La clasificación permite a los dispositivos decidir qué paquetes son parte de cada clase de servicio.

Las herramientas de clasificación y marcado de tráfico no solo clasifican paquetes en clases de servicio, sino que también marcan los paquetes en la misma clase de servicio con el mismo valor en un campo en el encabezado. Al marcar los paquetes, otras herramientas QoS que examinan el paquete más tarde, pueden examinar los bits de marca para que sea más fácil clasificar los paquetes.

Casi todas las herramientas QoS usan la clasificación en algún nivel. Para poner un paquete en una cola de espera diferente a otro paquete, el IOS debe diferenciar de alguna forma entre los dos paquetes, por ejemplo: paquetes de voz (VoIP) y paquetes de datos.

Por ejemplo, muchas herramientas QoS permiten clasificar utilizando listas de control de acceso (ACL). Si la ACL 101 permite el paso a un paquete, la herramienta de encolado podría poner el paquete en una cola, si la ACL 102 permite el paso a otro paquete, este es almacenado en una segunda cola de espera, y así sucesivamente.

Marcado de tráfico basado en clases

El marcado de tráfico basado en clases puede clasificar paquetes en clases de servicio al examinar directamente el encabezado de la trama, paquete, celda (ATM) y segmento. Este método de marcado también puede utilizar ACL para igualar (match) paquetes.

Clasificación con NBAR (Network Based Application Recognition)

NBAR provee un router con la capacidad de clasificar paquetes, particularmente paquetes difíciles de identificar. Independientemente, NBAR puede ser configurado para mantener contadores de tipo de tráfico y volumen de tráfico de cada tipo.

NBAR clasifica paquetes que, normalmente, son difíciles de clasificar. Por ejemplo, algunas aplicaciones utilizan números de puertos dinámicos, entonces, un comando “match” configurado estáticamente, buscando por un número de puerto particular TCP o UDP, simplemente podría no clasificarlo. NBAR puede buscar en el encabezado TCP y UDP y mandar al nombre del host, URL o tipo MIME en solicitudes HTTP.

Marcado de tráfico

El marcado de tráfico involucra la configuración de algunos bits dentro del encabezado de la capa de red, con el objetivo de dejar a otros dispositivos QoS realizar la clasificación basado en los valores de las marcas. Algunas opciones del marcado de tráfico tienen sentido para todos los dispositivos de una LAN, mientras otros solamente cuando se utilizan plataformas de hardware específicas.

Campos QoS del encabezado IP

Los dos campos más populares para el marcado de tráfico para QoS son el campo “ prioridad” (Precedence) y el campo “DSCP” (Differentiated Services Code Point).

Figura 8. Campos IP Precedence y DSCP

Se puede marcar los campos “prioridad” y DSCP con cualquier valor binario válido de 3 o 6 bits, respectivamente.

Toda la clasificación QoS se resuelve con este campo en el modelo DiffServ, ya que se identifica cada paquete su agregado de tráfico (BA, Behavior Aggregate). Cada BA es identificado por un único código DS. En términos concretos un PHB (Per-Hop Behaviors) se refiere a la programación, encolamiento, definición de políticas o características de un nodo en cualquier paquete, es decir, cómo se le tratará.

El marcado de tráfico puede ocurrir en dos lugares:

- La fuente original del tráfico, como un servidor web, marca el tráfico.- Un router, como el primer router que el tráfico encuentra, clasifica y marca el tráfico.

Cuando un paquete entra en un router, la lógica de ruteo selecciona su puerto de salida, y su valor DSCP es usado para conducir el paquete a una cola específica o tratamiento específico en ese puerto. El PHB particular es configurado por un mecanismo administrador de la red, estableciendo la tabla de comportamiento dentro del router.

Clase de servicio LAN (LAN Class of Service – CoS)

Muchos de los switches LAN de hoy en día pueden marcar y reaccionar a campos de capa 2, llamado clase de servicio (CoS) dentro de los encabezados Ethernet. El campo CoS existe solamente dentro de las tramas Ethernet cuando los enlaces troncales 802.1Q o ISL (Inter-Switching Link) están siendo usados. El estándar IEEE 802.1P actualmente define el uso de los bits CoS dentro del encabezado 802.1Q. se puede utilizar el campo para establecer 8 valores binarios diferentes, los cuales pueden ser utilizados para la clasificación llevada a cabo por herramientas QoS, de la misma forma que los campos “prioridad” y “DSCP”. La figura 9 muestra el encabezado descrito anteriormente.

Figura 9. Campos CoS LAN

5. Mecanismos de QoS para administrar y evitar la congestión de la red

Cisco utiliza el término “administración de la congestión” para referirse a los sistemas de encolamiento de sus productos. La mayoría de la gente entiende los conceptos básicos de encolamiento, ya que la mayoría de nosotros lo experimenta día a día: una cola de espera para pagar los abarrotes en el supermercado, una cola de espera para ser atendidos en el banco y así sucesivamente.

Los sistemas de encolamiento tienen un impacto en las 4 características mencionadas anteriormente: ancho de banda, delay, jitter y pérdida de paquetes. Mucha gente escucha el término QoS e inmediatamente piensa en sistemas de encolamiento, pero QoS incluye muchos más conceptos y características que solamente encolar. Ciertamente, los sistemas de encolamiento son muy a menudo las herramientas desarrolladas más importantes.

Los sistemas de encolamiento más básicos utilizan una cola sencilla con un tratamiento FIFO (First In First Out). Y, ¿qué significa esto? Bueno, cuando el IOS decide tomar el siguiente paquete de la cola, de todos los que están esperando, toma aquel que llegó primero como se muestra en la figura 10.

Figura 10. Cola FIFO.

6. AutoQoS