Topología de red MSP para principiantes
Para los proveedores de servicios gestionados (MSP), crear una red ampliable y de alto rendimiento es un factor clave para el éxito. En una entrada anterior del blog « entrada de blog», abordamos los tipos básicos de topología de red, y en esta entrada analizaremos tipos de topología de red más complejos para los proveedores de servicios, incluidos los más habituales en las redes de los MSP. Lee esta entrada del blog para descubrir cuál es la mejor topología de red para un centro de datos de un MSP y por qué.
Redes jerárquicas tradicionales de tres capas
Antes de que las redes definidas por software se generalizaran, las redes de los centros de datos se basaban en una topología de red jerárquica en árbol. Esta topología se divide en tres capas principales: la capa central, la capa de agregación o distribución y la capa de acceso. En esta topología, los servidores están conectados a conmutadores en la capa de acceso. Los enrutadores perimetrales están conectados al núcleo para proporcionar acceso desde y hacia la WAN (red de área amplia) e Internet. Estos enrutadores se encuentran entre el núcleo e Internet, tal y como se muestra en el esquema siguiente.
En cuanto al modelo OSI (Interconexión de Sistemas Abiertos), que divide la red en una capa de enlace de datos (L2) y una capa de red (L3), entre otras, la topología de red «Acceso-Agregación-Núcleo» abarca varias capas, tal y como se observa en el gráfico.
Veamos estas tres capas una por una.
Capa central
El núcleo de la red (también denominado red central) es el componente central de la red en su conjunto. Los nodos primarios están conectados al núcleo. La red central suele basarse en una topología de red en malla, en la que todos los nodos están conectados a todos los demás nodos del núcleo (en el caso de una topología de red de malla completa). Los conmutadores y los enrutadores del núcleo de la red están interconectados mediante enlaces de alta velocidad (también denominados conexiones de red troncal). Dado que en el núcleo de la red se utilizan enrutadores, la capa central opera con tráfico de capa 3.
Capa de distribución/agregación
Se trata de una capa intermedia que se utiliza para agregar los enlaces ascendentes desde la capa subyacente de la topología de red de tres niveles (la capa de acceso, que opera en L2) hasta la capa central de la red (que suele funcionar en L3) mediante enlaces de mayor ancho de banda. La capa de distribución combina un gran número de puertos de baja velocidad con un pequeño número de puertos troncales de alta velocidad. Comienza el enrutamiento en la capa de distribución/agregación de esta topología de red cuando los datos se transfieren desde la capa de acceso. El cortafuegos, el equilibrio de carga y otras configuraciones de seguridad se establecen en la capa de agregación. La capa de agregación/distribución se utiliza para reducir y simplificar el esquema de cableado en el centro de datos, con el fin de facilitar su gestión. Los conmutadores instalados en la capa de agregación deben admitir el almacenamiento de un mayor número de direcciones MAC en la tabla de direcciones MAC de su memoria. Mientras que la capa de acceso opera con tráfico de capa 2, la capa de distribución opera con tráfico de capas 2 y 3.
Capa de acceso
Esta capa está formada por conmutadores que son activos en la capa 2. Los servidores y las estaciones de trabajo están conectados a los conmutadores de la capa de acceso. Normalmente se utilizan VLAN (redes de área local virtuales) para separar los dominios de difusión de capa 2, con el fin de reducir el tráfico de difusión y aumentar la seguridad.
Para evitar cuellos de botella, se utilizan enlaces de mayor ancho de banda más cerca del núcleo de la red. Por ejemplo, los servidores se conectan a los conmutadores de acceso mediante interfaces de red de 10 Gbit/s, los conmutadores de acceso se conectan a los conmutadores de agregación mediante interfaces de 10 Gbit/s, y los conmutadores y routers de la capa de agregación se conectan a los conmutadores y routers del núcleo de la red a través de enlaces de 100 Gbit/s. En este caso, se puede utilizar la agregación de enlaces para aumentar el ancho de banda y la redundancia. Todo el tráfico procedente de los servidores se transfiere a los enlaces ascendentes. En la parte superior de la jerarquía de esta topología de red se encuentra un conjunto de equipos de red inteligentes, conocidos como «god boxes». Las «god boxes» se encargan del enrutamiento y del resto de servicios. La topología de red jerárquica permite crear una red modular.
En la topología de red que se observa en el diagrama anterior, el fallo de un enlace provoca el fallo de ese segmento de la red. Por este motivo, en este tipo de topología de red se utilizan canales reservados y redundancia (véase el siguiente esquema) en cada capa de la red. El fallo de un dispositivo o enlace provoca una degradación del rendimiento, pero la red sigue funcionando. Esta topología de red redundante suele requerir STP (Spanning Tree Protocol).
Mantenimiento. Si se desconecta parte del equipo de red en esta topología de red de tres niveles para actualizar el software o realizar otras tareas de mantenimiento, el rendimiento de la red se ve afectado. Algunos servicios pueden quedar temporalmente indisponibles.
Ampliabilidad. El número de servicios que se ejecutan en los servidores crece cada año y el volumen de tráfico aumenta en consecuencia. Esta situación requiere actualizar y aumentar el ancho de banda de la red del MSP. Aumentar el ancho de banda de la red en un centro de datos clásico solía requerir lo siguiente:
- Aumentar las conexiones de agregación de enlaces (LAG)
- Adquirir tarjetas de red
- Si no hay ranuras disponibles para instalar tarjetas de red, adquirir nuevos servidores o equipos relacionados
Si necesitas añadir un nuevo rack de servidores (armario rack) como nuevo módulo en tu centro de datos, puedes aumentar el ancho de banda de la red para este rack y los servidores instalados en él. Este tipo de topologías de red no puede garantizar un alto nivel de reserva de enlaces y redundancia debido a funciones de los protocolos de capa 2, como STP y MSTP (Multiple Spanning Tree Protocol).
La topología de red clásica de tres niveles en un centro de datos puede combinarse con los diseños «End of Row» y «Top of Rack». El esquema de conexión «Top of Rack» es ahora el más habitual. Se utiliza este nombre porque los servidores y los conmutadores se conectan al conmutador principal de cada rack. Los conmutadores «Top of Rack» (conmutadores ToR) se conectan a los conmutadores o enrutadores de los niveles superiores de la red del MSP. Los conmutadores ToR se diferencian de los conmutadores de borde de usuario y cuentan con múltiples puertos de enlace ascendente de alta velocidad (como puertos de 10 Gbit/s) y un gran número de puertos para conectar servidores. Los conmutadores ToR se instalan por pares para garantizar la redundancia y facilitar el mantenimiento de los conmutadores. Las ventajas de este esquema de conexión ToR son la menor longitud de cableado a la hora de conectar dispositivos dentro de un rack y entre racks. Los conmutadores de acceso de la topología de red jerárquica de varios niveles suelen utilizarse como conmutadores ToR.
Dirección del tráfico
Las desventajas explicadas anteriormente no son demasiado críticas, y una red de centro de datos puede funcionar correctamente con una administración adecuada. Cambiar de L2 a L3 en una parte de la red ayuda a resolver una serie de problemas. Existe otra función relacionada con la evolución de los centros de datos y con el hecho de que, hoy en día, las aplicaciones se ejecutan de forma diferente a como lo hacían antes. En la década de los 2000, las aplicaciones se creaban utilizando una arquitectura centralizada, y las aplicaciones de arquitectura cliente-servidor eran principalmente monolíticas . Esto significa que los componentes de una aplicación podían estar ubicados en un único servidor. Como resultado, en nuestro diagrama, la solicitud del usuario se enviaba desde la parte superior de la red, y la solicitud generada por la aplicación se enviaba desde el nivel inferior del servidor de vuelta a la parte superior de la red. La solicitud del usuario se gestionaba en un único host. El tráfico horizontal (este-oeste) entre hosts era mínimo, y se daba prioridad al tráfico norte-sur. La topología de red tradicional jerárquica de múltiples niveles utilizada para las redes de MSP en los centros de datos cumple estos requisitos. Sin embargo, con el tiempo, se han ido imponiendo nuevas arquitecturas a la hora de desarrollar aplicaciones.
Arquitectura en capas de N niveles. Los componentes de la aplicación se distribuyen en múltiples niveles, por ejemplo, el nivel lógico, el nivel de presentación y el nivel de datos. Las aplicaciones web que cuentan con múltiples componentes requieren que estos se ejecuten en diferentes servidores; por ejemplo, un servidor web, un servidor de aplicaciones y servidor de bases de datos. Los componentes de la aplicación que se ejecutan en varios servidores interactúan entre sí a través de una red.
La arquitectura de microservicios parte de la base de que los componentes de una aplicación (servicios) se ejecutan en contenedores separados y aislados lógicamente, conectados entre sí a través de una red. Contenedores pueden ejecutarse en diferentes hosts en agrupaciones. Esta arquitectura es altamente ampliable y, hoy en día, se utiliza ampliamente en la nube.
Además, los centros de datos operan ahora con Big Data, grandes bases de datos, análisis, publicidad contextual, aplicaciones basadas en inteligencia artificial y otro software que requiere la interconexión con múltiples servidores, matrices de almacenamiento, máquinas virtuales o contenedores. Los componentes de las aplicaciones se distribuyen entre múltiples servidores o máquinas virtuales (VM) en el centro de datos.
Como resultado, el tráfico este-oeste es mayor que el tráfico norte-sur en la red del MSP. El tráfico interno en una red de centro de datos (tráfico intra-DC) es mayor que el tráfico procedente de o destinado a un usuario externo que envía una solicitud al centro de datos. No hay que olvidar el tráfico interno entre sistemas de almacenamiento, replicación de bases de datos, backups de datos y otras actividades de servicio que utilizan la red en un centro de datos.
En los siguientes diagramas se puede observar la representación gráfica del creciente tráfico interno en las redes MSP dentro de los centros de datos a lo largo de los últimos años. La tendencia muestra que el tráfico intra-DC está creciendo más que el tráfico entrante y saliente.
Las redes tradicionales, construidas utilizando la topología jerárquica tradicional de tres niveles, son fiables, pero no están adaptadas para gestionar los flujos de tráfico laterales de la forma más racional. Esto se debe al énfasis puesto en las redes de capa 2 y en el tráfico norte-sur.
Topología de red Clos
Inicialmente, la red Clos fue inventada por Edson Erwin en 1938. En 1953, Charles Clos decidió utilizar redes de conmutación sin bloqueo en los sistemas de telefonía para un uso más racional de las comunicaciones en comparación con el esquema de comunicación de barra cruzada. Con matrices con un número reducido de interconexiones, entradas y salidas, el esquema de conexión parece complicado a primera vista. Sin embargo, la red de Clos es menos compleja debido a un menor número de puntos de conexión, según la fórmula: 6n^(3/2)-3n . Este hecho queda claro a partir de 36 puntos finales de conexión. 
Si m es el número de conmutadores de entrada y n es el número de conmutadores de salida, entonces las características de bloqueo de la red de Clos se calculan mediante la fórmula. Según el teorema de Clos, una red de Clos es estrictamente sin bloqueo si el número de conmutadores de segunda etapa m ≥ 2n−1 .
La red con bloqueo es aquella en la que es imposible encontrar una ruta de comunicación desde un puerto de entrada libre hasta un puerto de salida libre.
La red sin bloqueo es aquella en la que siempre existe una ruta para conectar cualquier puerto de entrada y de salida. Las redes sin bloqueo se crean añadiendo una etapa de conmutación adicional.
La red sin bloqueo reordenable es aquella en la que todas las rutas posibles para conectar todos los puertos de entrada y de salida pueden reordenarse.
A finales de la década de 1990, con la evolución de las tecnologías de telecomunicaciones y las redes informáticas, el concepto de redes Clos volvió a cobrar relevancia. Es necesario que todos los nodos se comuniquen entre sí en la estructura de la red y, a ser posible, no utilizar la topología de malla completa cuando todos los dispositivos están interconectados. Se añadió una nueva capa de comunicación para interconectar los dispositivos de red. Como resultado, el concepto de red Clos resurgió con una nueva encarnación. En la siguiente imagen se puede ver un esquema típico de la red Clos de tres capas.
Modifiquemos la vista de la red Clos a la vista ampliamente utilizada de « Leaf-Spine » para mayor comodidad, plegando los lados izquierdo y derecho del esquema. Esta topología de red se conoce como « Leaf-Spine», « Folded Clos» y red Clos de tres etapas (véase la siguiente imagen).
La capa «spine». Los conmutadores «spine» se utilizan para interconectar todos los conmutadores «leaf» en la topología de red de malla completa. La capa «spine» sustituye, en cierta medida, a la capa de agregación utilizada en la topología de red jerárquica tradicional de tres niveles. Sin embargo, la capa «spine» no es un equivalente directo de la capa de agregación. La tarea principal de la capa «spine» es la transferencia rápida de datos de un «leaf» a otro. Los dispositivos finales no están conectados a los conmutadores «spine».
La capa «leaf». En este modelo, los servidores u otros dispositivos finales del centro de datos están conectados a los «leaves». Todos los «leaves» están conectados a todos los «spines». Como resultado, existe un elevado número de conexiones de red con el mismo ancho de banda entre todos los servidores. Existen conexiones de nivel 3 entre los «spines» y los «leaves» (nivel 3 en el modelo OSI). Cuando el tráfico se transmite desde el origen hasta el destino en la red, el número de saltos es el mismo (por ejemplo, se necesitan tres saltos para transferir datos entre cualquier par de servidores dentro de la red de dos niveles leaf-spine según el siguiente esquema). La latencia es predecible y baja. La capacidad de la red también aumenta, ya que ahora no es necesario utilizar STP . Cuando se utiliza STP para conexiones redundantes entre conmutadores, solo puede estar activo un enlace a la vez.
En la topología de red « leaf-spine », se puede utilizar el protocolo de enrutamiento « Equal-Cost Multipath (ECMP) » para equilibrar la carga del tráfico y evitar bucles de red (para conexiones de red de capa 3). También se pueden utilizar los protocolos BGP, OSPF, « EIGRP» e ISIS.
Este concepto de red también se conoce como la topología de red multicapa « fat-tree ». La idea es evitar cuellos de botella en las capas superiores del árbol (cerca de la raíz del árbol) y añadir enlaces adicionales para aumentar el ancho de banda en estos segmentos. Como resultado, la capacidad de los enlaces aumenta a medida que se acerca a la raíz. La fat tree es un caso especial de la red Clos. La red Clos de tres niveles se transforma en una red de dos niveles leaf-spine después del plegado. Se pueden utilizar conmutadores de hoja o conmutadores/enrutadores de borde de hoja para acceder a redes externas y a otros centros de datos.
Ventajas de la leaf-spine topología de red
La leaf-spine topología de red ofrece una serie de ventajas frente a la topología de red de acceso-agregación-núcleo. Este conjunto de ventajas es el motivo para utilizar el tipo de topología de red leaf-spine en un centro de datos.
Conexiones optimizadas. Los enlaces con gran ancho de banda entre dispositivos de red son óptimos para el tráfico este-oeste. No hay enlaces sin utilizar (ya que se utiliza L3 en lugar de L2). ECMP se recomienda para una alta eficiencia, y STP no es necesario.
Fiabilidad. El fallo de un dispositivo o la desconexión de un enlace no provocan consecuencias negativas ni desventajas significativas. Si falla el conmutador ToR que actúa como conmutador leaf, se ve afectado el rack correspondiente. Si falla un conmutador spine, el ancho de banda de la red se degrada, pero no de forma significativa en comparación con la topología de red jerárquica tradicional de tres niveles. La degradación del ancho de banda para la topología spine-leaf es 1/n , donde n es el número de spines. La degradación del ancho de banda para la topología jerárquica es 50% en este caso.
Alta ampliabilidad. Se pueden añadir nuevos leaves hasta que se agoten los puertos libres en los spines. Añadir nuevos spines permite aumentar los enlaces ascendentes de los leaves. Añade conmutadores o routers periféricos para aumentar el ancho de banda hacia las redes externas. El enfoque tradicional para aumentar el ancho de banda y conectar más servidores en una topología de red jerárquica de tres capas consiste en añadir más tarjetas de red con más puertos, equipos de red con interfaces de red más rápidas y, en general, hardware más potente. Este enfoque tradicional se denomina «scale up» o «ampliabilidad vertical» .
Cuando se utiliza la leaf-spine topología de red en centros de datos y para redes MSP, se puede añadir una capa adicional de «spines». Este enfoque se denomina ampliabilidad horizontal o ampliabilidad horizontal . Añadir un dispositivo de red típico, como un conmutador o un enrutador, aumenta la ampliabilidad de forma lineal.
MANTENIMIENTO. Se pueden desconectar fácilmente los «spines» de la red para su mantenimiento o sustitución. Las tareas de mantenimiento en los «spines» no entrañan riesgos en comparación con los «god boxes», ya que los «spines» no cuentan con funciones inteligentes y la reducción del ancho de banda después de la desconexión es mínima.
Red Clos de varios niveles
En la sección anterior, expliqué la red Clos de tres etapas con las siguientes etapas: conmutador de entrada, conmutador intermedio y conmutador de salida. Dado que los dispositivos de las etapas de entrada y salida se utilizan para recibir y enviar datos, el esquema de red puede simplificarse utilizando una línea intermedia que consista en una topología de red de dos niveles leaf-spine . Se pueden añadir más etapas y construir una red Clos de varios niveles para conectar más dispositivos de red a esta red. En este caso, hay cinco etapas: conmutador de entrada, conmutador intermedio 1, conmutador intermedio 2, conmutador intermedio 3 y conmutador de salida.
En el siguiente diagrama se puede ver el esquema inicial de la red Clos sin bloqueo de cinco etapas después de la reorganización de los bloques azules y verdes. También existe la vista plegada leaf-spine o la vista fat-tree (4,3) (ya que hay 4 conmutadores de columna vertebral y 3 etapas en el esquema leaf-spine ), pero veamos paso a paso cómo conectar dispositivos a la red Clos de 5 etapas. Un tipo de topología de red Clos con más de 5 etapas no es habitual y no se utiliza en la práctica porque el número de conexiones es demasiado elevado.
Después de girar 90 grados en el sentido de las agujas del reloj el esquema inicial de la red Clos de cinco etapas, obtendrás la vista tradicional con los conmutadores de entrada, los conmutadores de salida y las tres etapas de los conmutadores intermedios. Trazamos la línea de plegado a través de los conmutadores intermedios situados en el centro del esquema para obtener la vista plegada de la red Clos de cinco etapas. 
Después de plegar el esquema, se obtiene la vista plegada o la vista « leaf-spine » de este tipo de topologías de red (véase el siguiente esquema). Hay cuatro grupos independientes que actúan como puntos de entrega (POD). El POD es la unidad universal para la construcción de centros de datos. Los POD están conectados a los «spines» de primer nivel. Si necesitas ampliar tu centro de datos o añadir más servidores o equipos de red, añade nuevos POD y conéctalos a la estructura de red. Los «spines» de un POD se conectan a los «spines» de otros POD a través de «spines» de segundo nivel. Al mismo tiempo, no todos los «spines» de nivel 1 están conectados a todos los de nivel 2, y están divididos por planos.
Hay dos planos — Plane 0 y Plane 1 — en el siguiente esquema. Este concepto se utiliza debido al número limitado de puertos en los spines, por lo que en este caso no es posible crear una topología de red totalmente conectada. En el siguiente esquema, cada spine tiene un límite de 4 puertos. Según la idea principal, la red Clos sin bloqueo se basa en los mismos elementos (conmutadores de 4 puertos, como se ve a continuación).
A primera vista, pueden confundirse términos como «Clos», « folded Clos, leaf-spine» y « fat tree». Permítanme aclarar estos términos.
«Clos» o «red Clos» es el término que abarca los fundamentos teóricos del tipo de topología de red Clos.
Folded Clos es una representación más práctica de la red Clos, en la que las entradas y las salidas tienen el mismo rol y se encuentran en la misma ubicación.
Leaf-spine es una topología de red basada en el esquema de red Clos que se utiliza en la práctica en centros de datos para construir redes, incluidas las redes MSP.
Fat tree suele denominarse una variante de la red Clos. Este término es el que más confusión genera, ya que algunos artículos mencionan la fat tree como la red clásica de acceso-agregación-núcleo. Me remito al documento RFC 7938, que afirma que la fat tree se basa en la topología de red folded Clos .
Cálculos
Puede calcular el número de conmutadores centrales, conmutadores periféricos, el total de conmutadores necesarios y el número total de hosts que se pueden conectar a la red de la configuración seleccionada utilizando fórmulas en las que:
k es el número de puertos del conmutador
L es el número de niveles en la topología de red leaf-spine (fat tree)
El parámetro principal que hay que calcular antes de construir la red es el número de hosts admitidos. La configuración de fat-tree se puede escribir como FT(k, L). Por ejemplo, FT(32,3) es una red de tres niveles fat-tree con conmutadores de 32 puertos. Puedes utilizar esta herramienta calculadora gratuita para redes Clos, que además genera el esquema de visualización de la configuración seleccionada.
Puedes calcular que, si tu esquema de red fat-tree tiene 2 niveles y 8 puertos por conmutador, podrás conectar 32 hosts a la red. Si aumentas el número de puertos por conmutador, el número de hosts admitidos aumenta hasta 512. Como puedes ver, el número de hosts conectados depende del número de puertos de cada conmutador. Si mantienes la fat tree en 2 niveles (la red Clos de 3 etapas) y aumentas el número de puertos por conmutador, el número de espinas aumenta significativamente. Puedes resolver este problema añadiendo un nivel más a la fat tree. Para una red de tres niveles fat tree, si el número de puertos por conmutador es de 8, puedes conectar 128 hosts.
Si se aumenta el número de puertos por conmutador a 32, se pueden conectar 8192 hosts utilizando esta topología de red. Esta cifra, en el caso de la red Clos de 5 niveles, es 16 veces mayor que la de la red Clos de 3 niveles. Ten en cuenta las limitaciones del rack de servidores a la hora de planificar el esquema de instalación de los servidores y los equipos de red en el centro de datos.
Para construir redes Clos sin bloqueos se utilizan números impares de etapas (3, 5, 7, etc.). La red Clos de dos etapas no proporciona conectividad sin bloqueos ni conexiones múltiples entre conmutadores.
En el siguiente diagrama se puede observar que, en el caso de la red Clos de dos etapas, solo existe una ruta de transmisión para conectar el servidor 1 y el servidor 2. Solo está conectado un cuarto de los puertos; el resto no está conectado y bloquea el paso.
La relación de sobresuscripción es la relación entre el ancho de banda de entrada y el de salida en la dirección de las capas inferiores hacia las superiores. La relación de sobresuscripción suele oscilar entre 2 y 4.
Ejemplo: un conmutador tiene 48 puertos de 10 Gbit y 4 puertos de enlace ascendente de 40 Gbit. El ancho de banda total de los enlaces descendentes hacia los servidores es de 48 × 10 = 480 Gbit/s. La velocidad total de los enlaces ascendentes es de 4 × 40 = 160 Gbit/s. La relación de sobresuscripción es de 480/160 = 4.
Si la velocidad total del ancho de banda es igual para todos los puertos de enlace descendente y ascendente del conmutador, este no está sobresuscrito y, en este caso, no hay cuellos de botella. Una relación de sobresuscripción de 1:1 es el caso ideal. Calcula el tráfico en las diferentes direcciones antes de adquirir conmutadores con la velocidad y el número de puertos adecuados.
Los conmutadores que tienen una relación de sobresuscripción superior a 1 se utilizan a menudo en la etapa «leaf» en redes con la topología de red « leaf-spine». En la etapa de columna vertebral deben utilizarse conmutadores sin sobresuscripción. Los conmutadores a nivel de hoja en la topología de red de tipo leaf-spine suelen utilizarse como conmutadores ToR. Sin embargo, es posible instalar conmutadores de hoja como conmutadores de extremo de fila.
Diferencias esenciales
Al crear una red, algunas decisiones afectan a su diseño. A continuación se presentan algunas decisiones de tipo «o una cosa o la otra» que afectan al funcionamiento de la red.
Top of Rack frente a End of Row
El esquema de conexión de red Top of Rack (ToR) en un centro de datos consiste en instalar uno o varios conmutadores en cada rack. Se utilizan cables de conexión cortos para conectar el conmutador Top of Rack con otros equipos de red y servidores dentro del rack. Los conmutadores ToR suelen disponer de enlaces ascendentes de alta velocidad hacia los conmutadores o enrutadores de nivel superior y pueden conectarse mediante cables de fibra óptica. La ventaja es que, al utilizar este esquema de conexión para una red de MSP, no es necesario instalar una gran cantidad de cables desde cada rack del centro de datos. El uso de cables en el centro de datos resulta más racional cuando se utiliza el esquema ToR. En este caso, se gasta menos en cableado y se consigue una mejor gestión de los cables. Se puede gestionar cada rack como un único módulo sin afectar a los demás racks del centro de datos, ya que solo se ven afectados los servidores de un único rack. A pesar del nombre del esquema, se puede instalar un conmutador en el centro o en la parte inferior de cada rack.
El esquema de conexión de red « » ( ) «End of Row» ( ) (EoR) consiste en que un rack de servidores situado al final de la fila contenga equipos de red. El equipo incluye un conmutador de red común para conectar todos los servidores y demás dispositivos de todos los racks de servidores de la fila. Los cables procedentes del equipo de red instalado en el rack de servidores EoR se conectan a los dispositivos de todos los racks de la fila mediante paneles de conexión montados en cada rack. Como resultado, se utilizan cables largos para conectar todos los dispositivos de red de una fila. Si se utilizan conexiones de red redundantes, el número de cables también aumenta. Los gruesos mazos de cables pueden bloquear el acceso del aire a los equipos.
Los racks de servidores suelen estar dispuestos en filas una al lado de otra en un centro de datos. Una fila puede contener, por ejemplo, 10 o 12 racks. Cuando se utiliza el esquema de conexión EoR para la red MSP en un centro de datos, toda la fila se considera una única unidad de gestión. En este caso se utiliza el modelo de gestión por fila. En el modelo de conexión de red EoR se necesitan menos conmutadores individuales. La flexibilidad es menor cuando hay que realizar tareas de mantenimiento o actualizar los conmutadores, ya que son más los dispositivos que se ven afectados al desconectar un conmutador EoR. A pesar de su nombre, un rack con uno o varios conmutadores comunes puede colocarse en el centro de la fila.
Conexión de capa 2 frente a capa 3
Decidir las conexiones dentro de una red es un cálculo que tiene en cuenta la fiabilidad, la velocidad y el coste, así como la topología que se está creando.
Por ejemplo, existen segmentos de red para la topología de red de tres niveles (acceso-agregación-núcleo) y Leaf-Spine topología. En ellos, el tráfico se transfiere en las capas 2 y 3 del modelo OSI. En la red jerárquica de tres niveles, la capa de acceso opera en la capa 2, la capa de distribución/agregación agrega enlaces de capa 2 y proporciona enrutamiento de capa 3, mientras que la capa de red central realiza el enrutamiento en la tercera capa del modelo OSI. La red con la topología de varios niveles « Leaf-Spine » puede configurarse utilizando el nivel 2 con VLAN y el nivel 3 con enrutamiento IP y subredes.
Los equipos de red de nivel 2 son más asequibles que los de nivel 3, pero existen algunas desventajas al utilizar redes de nivel 2 para conectar dispositivos de red en la red MSP de un centro de datos. Las VLAN se utilizan habitualmente para aislar lógicamente redes que comparten el mismo entorno físico. El número máximo de VLAN es 4095 (menos algunas VLAN reservadas, como 0, 4095, 1002-1005).
Otra desventaja, como se ha mencionado anteriormente, es la imposibilidad de utilizar enlaces redundantes cuando STP se utiliza en L2. Esto se debe a que solo puede haber un enlace activo al mismo tiempo, por lo que no se aprovecha todo el ancho de banda disponible de todos los enlaces. Además, cuando el dominio de capa 2 con STP se hace grande, aumenta la probabilidad de que surjan problemas debidos a un cableado inadecuado y a errores humanos, y la resolución de incidencias se complica.
Una configuración de red de capa 3 permite a los ingenieros mejorar la estabilidad y la ampliabilidad de la red del MSP y de las redes de los centros de datos en general.
Los siguientes protocolos de red te ayudan a gestionar la red de capa 3 y a enrutar el tráfico.
El BGP (Border Gateway Protocol) es un protocolo de enrutamiento dinámico muy utilizado y considerado el estándar en muchas organizaciones con centros de datos a gran escala. El BGP es un protocolo altamente ampliable y eficiente.
ECMP (Equal Cost Multipath Routing) es una tecnología de enrutamiento de red utilizada para distribuir el tráfico mediante múltiples rutas óptimas definidas por métricas en la tercera capa del modelo OSI. ECMP junto con los protocolos de enrutamiento, se utiliza para el equilibrio de carga en redes de gran tamaño. La mayoría de los protocolos de enrutamiento, incluidos BGP, EIGRP, IS-IS y OSPF, son compatibles con la tecnología ECMP .
Intenta utilizar siempre los protocolos de red más avanzados. Pero recuerda que cuantos menos protocolos se utilicen en la red, más sencilla será su administración.
Topología de red para NV y SDN
Además de la virtualización de hardware y del uso de máquinas virtuales, también se ha popularizado la virtualización de red con un enfoque centrado en las aplicaciones. Las soluciones de virtualización de red (NV), como VMware NSX, las redes de OpenStack y Cisco ASI, hacen un uso intensivo del tráfico este-oeste en la red física, por lo que una leaf-spine topología de red resulta adecuada por este motivo. Lee la entrada del blog sobre VMware NSX para obtener más información sobre la virtualización de redes.
Las redes definidas por software (SDN) se utilizan para virtualizar redes con el fin de lograr un uso eficaz de los recursos, flexibilidad y una administración centralizada. Se trata de una solución óptima en un centro de datos virtualizado en el que se utilizan máquinas virtuales conectadas a la red. Las máquinas virtuales pueden migrar entre servidores, creando así tráfico este-oeste dentro del centro de datos. Las SDN se utilizan ampliamente en las redes de los proveedores de servicios gestionados (MSP) que ofrecen IaaS (infraestructura como servicio).
La configuración de redes definidas por software resulta eficaz cuando se utiliza la topología de red subyacente leaf-spine con enrutamiento dinámico, un número fijo de saltos, una latencia baja y predecible, y optimización del tráfico este-oeste para la comunicación entre servidores en un centro de datos.
VXLAN
VXLAN (Virtual eXtensible Local Area Network) es un protocolo de red mejorado que se utiliza en lugar de las VLAN en redes superpuestas. Los túneles de capa 2 se crean utilizando las redes de capa 3 subyacentes (red subyacente de capa 3) para proporcionar conectividad de red de capa 2 sin las limitaciones tradicionales de las VLAN. Con VXLAN, se puede configurar la red de capa 2 sobre la red de capa 3. La topología virtual puede ser diferente de la topología física de la red subyacente.
Las tramas VXLAN se encapsulan en paquetes IP utilizando el esquema de encapsulación MAC-in-UDP . VNI es el equivalente al ID de VLAN. El número máximo de VNI es 2^24, es decir, unos 16 millones. VXLAN se utiliza para crear redes de capa 2 en entornos geográficamente dispersos; por ejemplo, cuando es necesario crear una red que abarque dos centros de datos distribuidos geográficamente.
El uso de VXLAN y la virtualización de redes ayuda a optimizar el tamaño de la tabla de direcciones MAC de los conmutadores ToR. Esto se debe a que las direcciones MAC utilizadas por las máquinas virtuales y el tráfico de capa 2 asociado se transfieren a través de una red superpuesta de capa 2 mediante VXLAN. De este modo, no se sobrecargan las tablas MAC de los conmutadores físicos. Las tablas de direcciones MAC de los conmutadores físicos no superan la capacidad máxima disponible de dichas tablas.
Conclusión
Tradicionalmente, las redes de los centros de datos se construían utilizando la topología clásica de tres niveles: acceso, agregación y núcleo. Dada la evolución de las modernas aplicaciones cliente-servidor y distribuidas, los microservicios y otro software que generan tráfico este-oeste dentro de las redes de los MSP, la leaf-spine topología de red, basada en el concepto de red Clos, es la preferida en los centros de datos modernos y es una de las topologías de red más comunes. La leaf-spine topología de red es la mejor para los grandes centros de datos, ya que ofrece una alta fiabilidad y ampliabilidad. Antes de instalar una red en un centro de datos, realice los cálculos y estime el tráfico y las cargas de trabajo generadas. Tenga en cuenta el tráfico de servicios, como el tráfico de copias de seguridad y replicación, en la red.
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