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Las redes jerárquicas se administran y se expanden con más facilidad (escalabilidad) que otras arquitecturas.
Además los problemas se resuelven con mayor rapidez.
El modelo de diseño jerárquico típico se separa en tres capas con funciones específicas: capa de acceso, capa de distribución y capa núcleo.


Capa de acceso

La Capa de Acceso aporta un medio de conexión de los dispositivos finales (PCs, impresoras y teléfonos IP) a la red y controla qué dispositivos pueden comunicarse.

La Capa de Acceso puede incluir routers, switches, puentes, hubs y puntos de acceso inalámbricos.

Hoy en día los dispositivos más comunes en esta capa son los switches y los puntos de acceso inalámbricos.




Capa de Distribución

La Capa de Distribución agrega los datos recibidos de los switches de la Capa de Acceso antes de que se transmitan a la Capa Núcleo para el enrutamiento hacia su destino final.
La Capa de Distribución controla el flujo de tráfico de la red mediante el uso de políticas y segmenta la red en dominios de broadcast mediante el uso de LAN virtuales (VLAN).
Las VLAN permiten al usuario segmentar el tráfico sobre un switch en subredes separadas (muchas veces de acuerdo a grupos de usuarios en una empresa).
Los switches de la Capa de Distribución normalmente trabajan en las Capas 2 y 3 del Modelo OSI.
A veces se usan switches de Capa 2 asistidos por routers para distribuir los datos entre las VLAN.
Los switches de la Capa de Distribución son dispositivos que presentan disponibilidad y redundancia altas para asegurar la fiabilidad.



Capa Núcleo

La Capa Núcleo es la espina dorsal (backbone) de alta velocidad de la red.

La Capa Núcleo permite la interconectividad entre los dispositivos de la capa de distribución y la conexión a los recursos de Internet.

Aquí se encuentran switches de capa 3 y routers.

En redes más pequeñas no es inusual que se implemente un modelo de núcleo colapsado en el que se combinan la Capa de Distribución y la Capa Núcleo en una sola capa.





Principios de diseño de redes jerárquicas

Existen guías simples le ayudan a diferenciar entre redes jerárquicas con un buen diseño y las que presentan un diseño deficiente.

Tres factores que se deben considerar son: el diámetro de la red, el agregado de ancho de banda y los enlaces redundantes.

El diámetro de la red es el número de dispositivos que un paquete debe cruzar antes de alcanzar su destino.

Cada switch en la ruta introduce cierto grado de latencia (tiempo que transcurre mientras se procesa una trama).

Mantener bajo el diámetro de la red asegura una latencia baja y predecible entre los dispositivos.

En una red jerárquica, el diámetro de la red siempre va a ser un número predecible de saltos entre el dispositivo origen y el dispositivo destino.

Es posible obtener distintos anchos de banda para partes seleccionadas de la red mediante el agregado de enlaces.
El agregado de ancho de banda se implementa normalmente al combinar varios enlaces paralelos entre dos switches en un solo enlace lógico (enlace troncal).
Cisco cuenta con una tecnología de agregado de enlaces específica llamada EtherChannel, que permite la consolidación de múltiples enlaces de Ethernet.



En cuanto a los enlaces redundantes, esta práctica permite que dos dispositivos mantengan comunicación aún si alguno de los enlaces falla.
Los enlaces redundantes aseguran la disponibilidad de los recursos de la red.




Redes convergentes

Las redes convergentes permiten la combinación de las comunicaciones con voz y video en una red de datos.

Las redes convergentes han existido durante algún tiempo pero sólo fueron factibles en grandes organizaciones empresariales debido a los requisitos de infraestructura de la red y a la compleja administración necesaria para hacer que dichas redes funcionen en forma continua.

Las redes convergentes también necesitan una administración extensa en relación con la Calidad de Servicio (QoS), porque es necesario que el tráfico de datos con voz y video se clasifique y priorice en la red.

Las empresas están actualizando sus equipos para apoyar las redes convergentes aunque todavía se encuentran equipos herados (legacy), tales como sistemas telefónicos PBX antiguos.









Características de los switches

Al seleccionar un switch se necesita decidir entre una configuración fija o una configuración modular y entre apilable y no apilable. Otra consideración es el grosor del switch expresado en cantidad de bastidores.

En los switches de configuración fija no se pueden agregar características u opciones más allá de las que originalmente vienen con el switch.

Un ejemplo de configuración fija es un switch con una cantidad determinada de puertos.

Los switches modulares vienen con chasis de diferentes tamaños que permiten la instalación de diferentes números de tarjetas de línea modulares. Las tarjetas de línea son las que contienen los puertos.

Los switches apilables pueden interconectarse con el uso de un cable especial (backplane) en un puerto especial. Los switches apilados operan con efectividad como un único switch más grande.
La tecnología Cisco StackWise permite interconectar hasta nueve switches con el uso de conexiones backplane totalmente redundantes.

Cuando se selecciona un switch para las capas de acceso, de distribución y núcleo, se debe considerar la capacidad del switch para admitir los requerimientos de densidad de puerto, tasas de reenvío y agregado de ancho de banda de la red.

La densidad de puerto es el número de puertos disponibles en un switch.

Las altas densidades de puerto permiten un mejor uso del espacio y de la energía cuando la fuente de ambos es limitada.



Los switches modulares pueden admitir densidades de puerto muy altas mediante el agregado de tarjetas de línea de puerto. (Catalyst 6500 puede admitir sobre 1000 puertos). La densidad del Puerto es el número puertos disponibles en un único Switch.



Las tasas de reenvío definen las capacidades de procesamiento del switch mediante la estimación de la cantidad de datos que puede procesar por segundo el switch.




El agregado de enlace ayuda a reducir cuellos de botella del tráfico al permitir la unión de puertos de switch para las comunicaciones de datos.



Power over Ethernet (PoE) permite que el switch suministre energía a un dispositivo por el cableado de Ethernet existente (por ej., teléfonos IP y algunos puntos de acceso inalámbricos).



Normalmente, los switches operan en la Capa 2 del modelo de referencia OSI, donde pueden ocuparse principalmente de las direcciones MAC de los dispositivos conectados con los puertos del switch.

Los switches de la Capa 3 (switches multicapas) ofrecen una funcionalidad avanzada.
Estos switches se encuentran en la Capa de Acceso y la Capa de Distribución.



Los switches de la Capa de Distribución recopilan los datos de todos los switches de Capa de Acceso y los envían a los switches de Capa Núcleo.



La capa núcleo de una topología jerárquica es una backbone de alta velocidad de la red y requiere switches que pueden manejar tasas muy altas de reenvío.



Switches para pequeñas y mediana empresas (pymes)

Cada línea de producto Cisco ofrece diferentes características y funciones, que permiten hallar el switch correcto que cumpla con los requerimientos funcionales de su red.