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OPTIMIZACION DE UNA RED LAN A TRAVES DE LA SEGMENTACION DE REDES

ESTUDIANTE: WILDER JEFRY GOMEZ RIVERA

DOCENTE: JHON HENRY RONDON SUAREZ

FUNDACIÓN TECNOLÓGICA COLOMBO GERMANA TECNOLOGÍA EN SISTEMAS INFORMÁTICOS ADMINISTRACIÓN REDES Y SERVIDORES BOGOTÁ D.C. 2016

RESUMEN DE HOJA DE VIDA

Autor

Wilder Jefry Gómez Rivera, identificado con C.C. 1031134887, nacido el 30 de Agosto del año 1991 en la ciudad de Bogotá. Graduado de bachiller en el Instituto Técnico Industrial Francisco José de Caldas en el año 2008, con títulos como Tecnólogo en Electrónica Industrial y Técnico en Operación de Sistemas Informáticos, actualmente en último semestre de la carrera Tecnología en Sistemas Informáticos

RESUMEN

Las tecnologías de la información han cambiado nuestra sociedad y consecuentemente nuestra forma de enfrentar el trabajo diario. En la actualidad, la mayoría de las empresas necesitan redes que estén capacitadas para conectar tanto a los empleados como a clientes, proveedores, etc, independientemente de donde se encuentren. Establecer una red LAN Ethernet hoy en día es algo que la tecnología ha facilitado en gran medida. Sin embargo, cuando los recursos y dispositivos de una red LAN van aumentando en una empresa, la administración del crecimiento se va convirtiendo en una tarea más compleja que requiere un mayor análisis para asegurar su correcto desempeño y máxima utilización. Es importante que una red, ya sea pública o privada, cuente con servicios eficientes. Esto se traduce en un desempeño sobresaliente. A medida que una red se va utilizando, va mermando su calidad. Es por esta razón, que debe darse mantenimiento frecuente a las redes para mantener su eficiencia. A continuación, estaremos revisando un par de mejoras interesantes con las cuales podemos maximizar el rendimiento de una red.

INTRODUCCION Establecer una red LAN Ethernet hoy en día es algo que la tecnología ha facilitado en gran medida. Sin embargo, cuando los recursos y dispositivos de una red LAN van aumentando en una empresa, la administración del crecimiento se va convirtiendo en una tarea más compleja que requiere un mayor análisis para asegurar su correcto desempeño y máxima utilización.

El análisis de desempeño de un sistema es requerido en todo su ciclo de vida, incluyendo la etapa de funcionamiento en la que este análisis ayudará a determinar la mejor operación del sistema y qué mejoras deben hacerse [1]. Para llevar a cabo un análisis de desempeño existen tres tipos de aproximaciones básicas; el modelamiento teórico, las mediciones y las s i m u l a c i o n e s [ 2 ] . Será tarea de los administradores de redes el determinar qué aproximación es la más adecuada para los casos particulares, sin embargo, la aplicación de mediciones es la aproximación que permite lograr un panorama más apegado a la realidad de la situación analizada.

Existen ocasiones en que una red LAN, que inicialmente funciona bien con una máxima utilización del ancho de banda, comienza a manifestar menor rendimiento debido a que se ha incrementado el número de comunicaciones que se deben gestionar en la red. Esto puede ser provocado por varios factores como son: los usuarios comienzan a conocer más la red y entonces se utiliza con mayor frecuencia, las aplicaciones utilizadas en la red han aumentado, existe un mayor número de equipos compartiendo el medio, los dominios de colisión no han sido correctamente delimitados o una combinación de los mismos. Una red LAN no es más que un medio compartido junto con una serie de reglas que rigen el acceso a dicho medio. La red LAN más difundida, la red Ethernet —normada en el estándar IEEE 802.3, y que utiliza un mecanismo que permite solamente a un equipo conectado hacer uso del medio de conexión—, establece que si existiera algún momento en que dos o más equipos pretendieran utilizar el medio de conexión al mismo tiempo, se cancela el intento, produciéndose un mecanismo de espera por parte de cada uno de los equipos involucrados que buscan acceder al medio, con la intención de que en un intento posterior, no coincidan en el tiempo de acceso y por cada uno de ellos pueda utilizar el medio de conexión.

OPTIMZAR UNA RED LAN

Concepto de red una red informática, es un grupo de ordenadores conectados entre sí, mediante un complejo sistema de cableado y equipos informáticos extras o mediante dispositivos inalámbricos. Gracias a esta conexión, los ordenadores que forman parte de la red pueden compartir diferentes servicios, como la conexión a Internet, compartir archivos y dispositivos como impresoras y demás hardware de uso común. Desempeño de una red Podemos definir el rendimiento de una red informática, como la capacidad de transferencia de datos entre los equipos que forman parte de dicha red. Así como también, es la calidad de los servicios que se prestan a los equipos que forman parte de la red. Para mejorar el desempeño de una red, podemos utilizar diferentes técnicas y, una de estas, consiste en hacer la red mucho más eficiente. Crear redes más eficientes Para lograr el objetivo de optimizar las redes y hacerlas mucho más eficientes, debemos hacer la configuración de algunas funciones avanzadas de dicha red. Una de ellas, consiste en darle prioridad al tráfico dentro de la red con la finalidad de enviar la mayor cantidad de datos a los usuarios que lo requieran. Esta función de priorización, se encuentra en algunos conmutadores duales y, tiene como principal objetivo, analizar y reconocer todo el tráfico que se ha etiquetado como prioritario dentro de la red. De esta manera, se garantiza que todo el tráfico que fluya por la red sea de importancia para los usuarios y se logra un uso eficiente del flujo de datos. Un ejemplo de esto, sería darle prioridad a archivos AVI, así estos tendrían más prioridad por ejemplo que archivos mp3.

NECESIDAD DE SEGMENTAR UNA RED LAN Para las empresas, la comunicación digital de datos, voz y aplicaciones es esencial para la supervivencia de la empresa. En consecuencia, una LAN con un diseño apropiado es un requisito fundamental para hacer negocios en el presente ya que el rendimiento de la red puede ser un factor en la productividad de una organización. Hay dos motivos fundamentales para dividir una LAN en segmentos. El primer motivo es aislar el tráfico entre fragmentos, y obtener un ancho de banda mayor por usuario. Si la LAN no se divide en segmentos,

se congestionarían rápidamente con tráfico y saturación y virtualmente no ofrecerían ningún ancho de banda. La implementación de dispositivos como switches y routers divide la LAN en partes más pequeñas, más eficaces y fáciles de administrar. Un switch reduce el tráfico de los dispositivos en todos los segmentos conectados ya que sólo se envía un determinado porcentaje de tráfico. Si bien los switches filtran la mayoría de las tramas según las direcciones MAC, no hacen lo mismo con las tramas de broadcast. Para que otros switches de la LAN obtengan tramas de broadcast, éstas deben ser reenviadas por switches. Una serie de switches interconectados forma un dominio de broadcast simple. Cuando se conectan dos switches, el dominio de broadcast aumenta. Cuando un switch recibe una trama de broadcast la reenvía a cada uno de sus puertos excepto al puerto entrante en el que el switch recibió esa trama. Cada dispositivo conectado reconoce la trama de broadcast y la procesa. Esto provoca una disminución en la eficacia de la red dado que el ancho de banda se utiliza para propagar el tráfico de broadcast Los segmentos de una red LAN deben conservarse pequeños con el fin de garantizar la velocidad, limitando la frecuencia de las colisiones. El que sean pequeños también resulta adecuado cuando hablamos de flexibilidad de la red, de seguridad y de mantenimiento. La tendencia es dividir las redes en segmentos a medida que el ancho de banda incrementa su carga [3]. Para lograr esto, los administradores de redes deben garantizar la máxima utilización del ancho de banda mediante la instalación de medios de interconexión de redes más rápidos y el establecimiento de segmentos de red más pequeños.

La demanda de ancho de banda está tomando la delantera respecto a la capacidad de los fabricantes de red para crear tecnología más rápida, por lo que se están reestructurando las infraestructuras de red para incorporar más jerarquía y segmentación. Esta tendencia se ve reforzada a medida que el costo del hardware necesario para segmentar redes disminuye.

ETHERNET IEEE 802.3 Ethernet es el estándar de red mayormente utilizado hoy en día. Utiliza el mecanismo CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Colision Detection. —Acceso Múltiple con Portadora y Detección de Colisiones) para garantizar que todos los equipos conectados a la red LAN tengan acceso al medio. Sin embargo, no evita que cuando dos o más

equipos, al detectar el canal inactivo, intentan utilizarlo, produzcan una colisión. Aunque las colisiones no dañan el hardware, sí producen una transmisión alterada que impide que la información sea recibida correctamente.

Cómo opera •El equipo A, al encontrar el canal inactivo, inicia la transmisión de tramas, Figura No. 1 (a). •La trama transmitida recorre el canal en un tiempo determinado, Figura 1 (b). •Casi al mismo tiempo el equipo B, al intentar transmitir, verifica la disponibilidad del canal e inicia la transmisión de tramas. •Las dos tramas transmitidas casi en el mismo instante de tiempo entran en colisión, Figura 1 (c). •El equipo B, más próximo a la colisión, debe enviar ahora una ráfaga de ruido a todos los nodos conectados a la red, incluyendo el equipo A, Figura 1 (d). •Se inicia ahora un tiempo de espera por parte de cada uno de los equipos que comparten el canal para poder volver a transmitir. 256 (3) Figura No. 1. Detección de una colisión Figura No. 2. Periodos en CSMA/CD Cuanto mayor sea la longitud del cable, mayor será la ranura de contención. Al no permitir más de 2.5 kilometros de cable y cuatro repetidores entre dos transmisores, el tiempo del viaje redondo puede fijarse en 51.2 µseg que a 10 Mbps corresponde a 512 bits o 64 bytes el tamaño mínimo de trama.

Por lo que en términos de longitud de trama, F, el ancho de banda de la red, B, la longitud del cable, L, y la velocidad de propagación de la señal, c, para el caso óptimo de e ranuras de contención por trama. Con P=F / B, entonces queda así, Cuando el segundo término del denominador de (5) es grande, la eficiencia de la red es baja. Más específicamente, un aumento en el ancho de banda o la distancia de la red (BL) reduce la eficiencia de una trama de tamaño dado. Desafortunadamente, mucha investigación sobre hardware de redes está enfocada precisamente a aumentar este producto [5]. Con la finalidad de reducir en gran medida la aparición de colisiones, se hace necesario el correcto establecimiento de los dominios de colisión que logren una mayor disponibilidad del medio para todos los equipos conectados a la red LAN.

DOMINIOS DE COLISIÓN

Un dominio de colisión es cualquier segmento donde pueden ocurrir las colisiones, el medio compartido de la red en forma de concentrador, conmutador o el mismo cable. Cuanto más tráfico hay sobre un dominio de colisión, más probable es que ocurran colisiones y el incremento en el número de colisiones implica que los equipos gasten inútilmente más y más tiempo intentando retransmitir, viéndose disminuido el desempeño en la red [3].

El diámetro de un dominio de colisión es la distancia entre los dos nodos más lejanos del mismo dominio. Esto está limitado básicamente por el tiempo, es decir, que el diámetro máximo que se tendrá es el tiempo total máximo en que tarda un paquete de 64 bytes en hacer el recorrido de ida y vuelta entre los dos equipos más lejanos. El tiempo será duplicado en el caso de que una señal de colisión sea regresada al equipo que transmite. El objetivo de un diseñador de red es garantizar que una colisión, si ocurre, sea en los primeros 512 bits del tiempo de la transmisión. Si la colisión ocurre después de este tiempo, no existe la certeza que el paquete transmitido en la red haya sido exitoso. Limitando el diámetro del dominio de colisión a 512 bits por tiempo se asegura que todas las colisiones ocurrirán en un tiempo mínimo de trama [6] Tabla 1. 10 Mbps Ethernet 100 Mbps FastEthernet Descripción Segundos Tiempos Segundos Tiempos de Bit de Bit Bits por tiempo 100 ns 1 10 ns 1 Contención de Colisión 51200 ns 512 5120 ns 512 Retardo de retorno en cable 27900 ns 279 2337 ns 234 Tiempo estimado 23300 ns 233 2783 ns 278 Repeticiones máximas 4 2 Tabla 1. Tiempos de transmisión para Ethernet y FastEthernet

Causas comunes de colisiones Demora de propagación Diferentes tipos de medios tienen diferentes demoras de propagación, como en el caso de repetidores y puentes. Si los nodos están muy separados sobre largos segmentos, existe una mayor probabilidad de colisiones debido a la demora de propagación, especialmente en ambientes de alto tráfico. Si se agregan repetidores o puentes a la configuración, la probabilidad se incrementa.

Nodos que no siguen las reglas Las especificaciones del estándar IEEE 802.3 establecen reglas específicas para la detección y retransmisión de colisiones. Desafortunadamente, no todos los proveedores siguen esas reglas. Cuando un proveedor viola las reglas sobre la detección de colisiones, ello puede afectar el desempeño de la red.

Ruido El ruido es una fuente bastante obvia de colisiones. Recordemos que el ruido es cualquier tipo de señal no deseada. Éste puede provenir de varias localidades, incluidas las fuentes externas, o por una distorsión armónica. Varios equipos de oficinas como copiadoras, impresoras láser, lámparas de luz fluorescente y motores también causan problemas de ruido.

Segmentación impropia de cable Esta razón está restringida a cables coaxiales. El cable ThickWire debe cortarse de acuerdo con el estándar y con longitudes específicas (p.ej. 23.4 m, 70.2 m, etc.); las redes ThinWire deben tener por lo menos 0.5 m de distancia entre nodos. Una segmentación impropia puede causar problemas de ruido y distorsión armónica, incrementando así la probabilidad de colisiones.

Transceptores murmurantes Cuando un transceptor falla, empieza a arrojar todo tipo de basura sobre el cable y las colisiones ocurren inevitablemente.

TÉCNICA DE DISEÑO

Las colisiones son una parte inherente del diseño y operación de una red LAN Ethernet IEEE 802.3 y dada su naturaleza contenciosa, entre más nodos sean agregados a la red, la probabilidad de tener colisiones aumenta; agregando más nodos a la red, también se incrementa la utilización del ancho de banda. Una directriz general seguida por muchos administradores de redes es la llamada regla del 30%. Esta regla se basa en la siguiente observación: cuando la utilización promedio excede el 30% de la capacidad del canal, los tiempos de acceso a éste resultan inaceptables y el rendimiento total de la red se degrada. Una implicación directa de esta regla es que el rendimiento de un segmento de la red altamente utilizado será sólo una fracción de todo el ancho de banda disponible, si bien es cierto que una red puede soportar cientos de equipos corriendo varias aplicaciones sin jamás alcanzar este nivel de utilización. La regla del 30 % es una buena directriz a seguir, pero debe usarse en conjunto con la meta última de lograr un

rendimiento consistente alto, extremo a extremo de la red.

Una de las maneras más eficientes en que se logren altos promedios de utilización del ancho de banda es por medio de la segmentación, que implica configurar la red determinando varios segmentos separados pero interconectados [7].

Con base en las consideraciones mencionadas, es necesario establecer dominios de colisión lo más pequeño posible para garantizar una cantidad mínima de colisiones, tomando como base las características propias de los elementos activos que conforman la red LAN, como pueden ser los concentradores (hubs,) que, sin importar el número de puertos que posea, define un solo dominio de colisión para todos los equipos conectados a él, así como un dominio de difusión. Los otros equipos encontrados en redes LAN más robustas son los conmutadores (switches), que ofrecen la ventaja de tener un dominio de colisión por cada puerto que posean, permitiendo con esto que a los equipos conectados al conmutador se les pueda garantizar la máxima utilización del ancho de banda, así como un dominio de difusión común para todos los elementos conectados La opción de definir segmentos de red específicos para equipos con gran cantidad de tráfico de red es una solución bastante viable, ya que permite, bajo un análisis previo, determinar qué equipos son los adecuados para situarse en dominios de colisión independientes y, de esta forma, lograr una disminución significativa en el número de colisiones, sin necesidad de adquisición de nuevos equipos activos de red.

Esta estrategia funciona bien en tanto que se siga la regla 80/20; esto es, 80% del tráfico entre nodos permanece sobre el mismo segmento de cable físico, y 20% restante del tráfico recorre un dispositivo de capa 2 ó capa 3.

Otro punto a considerar en la optimización del tráfico de una red LAN es el definir grupos de trabajo con dominios de colisión comunes, de acuerdo a la estructura organizacional de la empresa, para de esta forma, lograr que el tráfico de red específico de un grupo de trabajo no afecte de manera directa al tráfico de red de otro, como es el servicio de impresión de red, por citar sólo alguno. Sin embargo, existe un tráfico común que no podrá ser aislado, como es el acceso a equipos servidores de red que se encuentran disponibles para todos los usuarios. Pero, tomando en cuenta la consideración anterior, se puede disminuir tangiblemente el tráfico generado en la red, obteniéndose así un mejor desempeño en la misma. El concepto de segmentación es fácil de entender, pero no es siempre fácil de implementar. La subdivisión requiere un análisis apropiado de la red antes de ser implementada. Si ella no es configurada de manera apropiada, podemos incrementar las cargas de tráfico en vez de reducirlas. La subdivisión de una red en

segmentos físicos separados se puede lograr sin mayor problema con grupos de trabajo estáticos. Sin embargo, con grupos dinámicos de trabajo, cuyos miembros son asignados para colaborar en diferentes proyectos durante periodos distintos dificultará lograr una correcta implementación. Para ello tendremos que pensar en una optimización a nivel capa 3 de red, donde encontramos otros mecanismos a utilizar.

CONCLUSIÓN

Las arquitecturas de red ofrecen distintos modos de resolver una cuestión crítica como es el transferir los datos rápida y eficazmente por los dispositivos que componen una red [8]. El tipo de arquitectura de red que se utilice, como Ethernet, no sólo determinará la tipología de red, sino que también definirá la forma en que los equipos de la red accederán al medio.

Una red LAN en la cual no se ha considerado la segmentación puede provocar que se desvirtúe cualquier mejora de rendimiento que se haga a los equipos servidores, por lo que se recomienda, primero, optimizar la utilización del medio, antes de llevar a cabo cualquier otra mejora aplicada directamente en cada uno de los equipos.

Con la técnica de segmentación de redes, se logra un mejor aprovechamiento del ancho de banda para cada uno de los dispositivos que comparten el medio, siendo esto un recurso imprescindible para que los administradores de red logren garantizar el mejor desempeño de la red LAN, permitiendo “poner a punto” la red que es administrada, sin implicar una inversión adicional a la infraestructura de red existente.

Bibliografía