Fundamentos de Enrutamiento, Conmutación de Capa 3 y Diseño Jerárquico de Redes

Enrutamiento de Capa 3

En el caso del enrutamiento de capa 3, es posible realizar una segmentación de la red para controlar los broadcast, debido a que estos no son reenviados.

En cuanto al direccionamiento, el enrutamiento de capa 3 permite un direccionamiento lógico, ya que dispone de mecanismos para traducir dichas direcciones. Por ejemplo, el ARP (Protocolo de Resolución de Direcciones) permite relacionar unívocamente el direccionamiento IP (lógico, capa 3) con el direccionamiento MAC (físico, capa 2).

En este proceso, el router debe leer la cabecera para conocer el destino; además, es posible implementar políticas de seguridad basadas en las direcciones de origen y destino.

Sin embargo, en el enrutamiento de capa 3, las decisiones de ruta se realizan de forma constante con recursos intensivos de CPU, utilizando ciclos, lo cual desencadena un retardo en la toma de decisiones.

Conmutación de Capa 3

Los dispositivos capaces de conmutar en capa 3 realizan las mismas funciones que los routers, pero las decisiones de reenvío se ejecutan mediante ASIC y no mediante ciclos de CPU. Esto redunda en una conmutación a velocidad del medio, eliminando los posibles cuellos de botella del enrutamiento tradicional.

Modelo de Red Jerárquico

Este es el modelo más conocido de Cisco y se basa en dividir la red de forma lógica en tres niveles o capas:

• Acceso
• Distribución
• Core

Cada uno de estos niveles realiza una función bien diferenciada, permitiendo que el tráfico sea tratado de forma independiente según su ubicación. El resultado es una topología escalable, fácilmente modificable y aislable. Aunque no todas las redes empresariales poseen la estructura necesaria para implementar este modelo, para redes de tamaño considerable, esta opción suele ser la única viable.

Nivel de Acceso

Es el nivel más próximo al usuario, donde se conectan los hosts. Comúnmente dispone de switches de capa 2 con alta densidad de puertos y bajo coste. Es aquí donde se concentra el tráfico de usuario hacia el nivel superior, por lo que los switches deben contar con puertos de uplink que soporten varias VLAN. En este nivel se aplican los primeros filtros, se definen VLAN y se comienza a aplicar QoS (Calidad de Servicio).

Nivel de Distribución

Es el encargado de comunicar la capa de acceso con la de core y de interconectar varios niveles de acceso. Aquí se agrega el tráfico proveniente de las capas inferiores y se utiliza switching de capa 3 para la interconexión entre redes. Es vital que los equipos dispongan de puertos de alta velocidad y que la QoS tenga una presencia persistente. Al ser el primer nivel en implementar la capa 3, es donde se detienen los broadcast y se implementan políticas de filtrado (ACL).

Nivel de Core

Tiene una única función principal: mover el tráfico lo más rápidamente posible, suministrando comunicación hacia el exterior sin realizar tareas adicionales que no sean imprescindibles.

Funcionamiento de STP

El protocolo STP (Spanning Tree Protocol) permite que los switches operen intercambiando mensajes a través de BPDU (Bridge Protocol Data Units). En la terminología de STP, es común hablar de bridge en lugar de switch, ya que originalmente fue diseñado para puentes. Cada switch envía BPDU a través de un puerto usando su dirección MAC como origen, con una dirección de destino multicast: 01-80-C2-00-00-00.

Tipos de BPDU

• Configuration BPDU: utilizadas para el cálculo de STP.
• Topology Change Notification (TCN) BPDU: utilizada para anunciar cambios en la topología de la red.