PDF de programación - Diseño de redes Lan

Autor: Rodrigo Ferrer

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19/12/2007

DISEÑO DE REDES LAN

Articulo por: Ing Rodrigo Ferrer CISSP
[email protected]
Empresa: SISTESEG
Bogotá
Colombia
(todos los derechos reservados)

La tecnología que soporta la infraestructura de red LAN está basada en el
protocolo Ethernet y los dispositivos que implementan esta tecnología son
switches nivel dos (2) o nivel tres (3), es decir, que ellos son los encargados (los
de nivel dos) de interpretar las direcciones físicas de los computadores de la red,
con el fin de facilitar y permitir la conectividad entre estaciones de la red, y entre
estas estaciones y la Internet, facilitando y garantizando de esta manera que se
puedan acceder a las aplicaciones propias relacionadas con la labor de la
empresa.

La tecnología utilizada en la red LAN es tecnología Ethernet implementada
normalmente con switches los cuales poseen velocidad de 10Mbps o 100Mbps o
hasta 1000Mbps. La tecnología de red utilizando switches permite mejorar el uso
de los anchos de banda dentro de la red local ya que las comunicaciones entre
dos dispositivos no afectan la de otros dispositivos que en un momento
determinado también se estén comunicando, es decir el ancho de banda que ya
sea de 10Mbps o de 100Mbps se mantiene siempre dentro de un dispositivo tipo
switch.

Estos switches a los que nos estamos refiriendo poseen velocidad de conexión
de 10Mbps,100Mbps y 1000Mbps y también poseen la facilidad de detectar
automáticamente cuando un usuario se conecta a 10Mbps, 100Mbps o
1000Mbps y de acuerdo a ello, configuran su velocidad automáticamente. Estos
switches normalmente tienen la capacidad de operar full duplex, es decir que ya
sean los 10Mbps o 100Mbps, esta velocidad opera en ambos sentidos de
manera simultánea, ofreciéndole de esta manera al usuario ya sea un total de
20Mbps o de 200Mbps de velocidad agregada en los dos sentidos.


Los dispositivos que implementan la red LAN a la cual normalmente tenemos
conectados una serie de computadores y en algunos casos también podría estar
conectada una impresora u otro dispositivo de red como por ejemplo un firewall
para mejorar la seguridad de la informacion. Como ya lo hemos mencionado,
estas redes puede operar a 10Mbps, o a 100Mbps y es importante anotar que ya
en la actualidad existe la posibilidad de tener conectividad a 1000Mbps1, con
equipos que ofrecen inclusive soportar las tres velocidades (10Mbps, 100Mbps y
1000Mbps).


1 La tecnología 10GbE está ya también disponible en dispositivos comerciales.

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La conectividad típica en las redes consistirá entonces de unos computadores
conectados en red local a un dispositivo con tecnología de conmutación de
paquetes en nivel dos (2). Este dispositivo estaría conectado a un enrutador o
un servidor de red el cual tendría la capacidad de permitir que los paquetes que
salgan de la LAN y tengan destino la red WAN, viajen a través de él y puedan
ingresar a la red WAN, en donde gracias a su dirección IP, podrán direccionarse
a los servicios y aplicaciones ofrecidas por la red WAN, tales como Internet,
portales específicos, bases de datos, y en general otros servicios que se
consideren ofrecer a las redes. Ver figura 3 donde se muestra el escenario
anteriormente descrito.


Figura 1. Conexión típica de la red de las escuelas.



Es importante en este momento señalar que el número de usuarios presentes en
la red LAN tiene una influencia notable sobre el rendimiento que los usuarios
pueden esperar. Claro está que este rendimiento depende no exclusivamente
del número de usuarios, sino también y principalmente del número de usuarios
concurrentes que están en un momento dado utilizando los servicios de la red
WAN. Una aproximación que en este momento podemos plantear es que la
velocidad de la conexión WAN, se verá dividida por este número de usuarios
concurrentes2. Por ejemplo, si tenemos un enlace WAN de 10Mbps y tenemos
una red con 100 usuarios, pero de estos 100 usuarios 10 de ellos solamente
están bajando información de la red WAN, podemos asumir de manera
aproximada que cada uno de estos diez usuarios tendrá un ancho de banda
promedio a utilizar de 1Mbps. En caso de que sean los 100 usuarios lo que
están bajando información de manera simultánea entonces el ancho de banda
promedio será del orden de 100Kbps para cada uno de estos 100 usuarios.
Recordemos que estos serán valores a aproximados o de término medio, y no


2 Este resultado ha sido comprobado por medio de herramientas de simulación como es el caso
de OPNET, donde se pueden calcular los retardos para un cliente o varios clientes.

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valores instantáneos dado el comportamiento aleatorio y por ráfagas con el que
se comporta el tráfico en las redes de información.

La anterior forma de calcular las velocidades promedio requeridas por un usuario
dentro de una red LAN puede funcionar siempre y cuando conozcamos de
alguna fuente el nivel de concurrencia de los usuarios a la red. Este cálculo no
resulta sencillo en muchos ambientes, donde por las mismas características del
contenido que se quiere utilizar, hay una gran variabilidad en la información que
se descarga y en la actividad y secuencia de esta actividad por parte de los
estudiantes. Es así como en la siguiente sección propondremos otra forma de
determinar y diseñar tanto las velocidades de la red WAN, como las velocidades
requeridas en la red LAN.

RETARDOS EN LAS REDES DE COMUNICACIONES


Todo elemento o dispositivo que esté ubicando entre un cliente y un servidor o
aplicación, impondrá necesariamente un retardo a la información que se esté
intercambiando entre estos dos dispositivos. Ya mencionamos anteriormente
que una red genera los siguientes retardos dependiendo del dispositivo o
servicio de red:


Retardo en el cliente (computador del estudiante)
Retardo en la red LAN
Retardo en la red WAN
Retardo en la red LAN remota
Retardo en el servidor

o Retardo en la tarjeta de red
o Retardo en el sistema operativo
o Retardo en la aplicación
o Retardo en el acceso al disco duro
o Retardo en el acceso a la memoria principal o RAM3
o Retardo en el procesador

Retardo en la base de datos en caso de existir



Retardo en el cliente

Retardo en la red

Retardo en el servidor



3 Random Access Memory (memoria de acceso aleatorio)

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Figura 2. Distribución típica general de la distribución de los retardos en una red.


Es decir, los retardos tal como lo muestra la figura 4, se distribuyen típicamente
entre el retardo del cliente, es decir el computador que genera la transacción o
requerimiento, el tiempo en la red, el cual a su vez depende de las velocidades
de conexión de la red LAN y la red WAN, y por último el tiempo de
procesamiento por la aplicación que el usuario está tratando de acceder. Según
estadísticas de redes tanto en Colombia como en otras partes del mundo, el
tiempo menor corresponde al cliente, continua luego la red tanto LAN como la
red WAN y por último encontramos que el mayor tiempo corresponde en la
mayoría de los casos, a los tiempos de retardo generados por la aplicación o el
servicio al que estamos tratando de usar o acceder. Este último retardo si
quisiéramos ser más exigentes y detallados, se dividiría a su vez entre el retardo
de procesamiento, el retardo en el disco duro y el retardo por tiempos de acceso
a la memoria RAM del computador. De estos retardos que son inherentes a todo
sistema de procesamiento, podemos decir que el retardo de acceso al disco
duro es el mayor comparándolo con el de procesamiento y el de acceso a la
memoria RAM.



Figura 3. Distribución estimada de los retardos en las diferentes zonas de un sistema de
información.


Calculemos ahora los retardos en las redes de datos con el fin de poder
establecer una velocidad mínima requerida en la red LAN. Para hacer este
ejercicio consideraremos diferentes tamaños de archivos que vayan por ejemplo
desde 0.5 Mbytes, hasta 50 Mbytes; y por otro lado consideremos velocidades
soportadas por las redes locales hoy en día, estas velocidades van desde los
10Mbps hasta 1Gbps. En la tabla a continuación está realizado el cálculo de los
diferentes retardos que debemos esperar dependiendo de la velocidad en la red
LAN:



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Tamaño del archivo Mbytes Retardo a 10Mbps(seg) Retardo a 100Mbps (seg) Retardo a 1Gbps (seg)

0,5
1
5
10
50

0,40
0,80
4,00
8,00
40,00

0,04
0,08
0,4
0,8
4

0,004
0,008
0,04
0,08
0,4



Tabla 1. Retardos para diferentes tamaños de archivos en redes de velocidades desde 10Mbps
hasta 1Gbps.


Con base en esta información realicemos una gráfica de barras, para poder
apreciar los retardos comparativamente entre las diferentes velocidades de la
red local:


40,00

35,00

30,00

25,00

20,00

15,00

10,00

5,00

0,00

Retardo a 10Mbps(seg)

Retardo a 100Mbps (seg)

Retardo a 1Gbps (seg)

1

2

3

4

5



Tabla 2. Tabla que muestra los ret