Unidad 3. PD Redundancia en Redes Conmutadas_.pdf

Redes medianas Unidad 3. Redundancia en redes conmutadas

Ingeniería en: Telemática

Programa de la asignatura

Redes Medianas KREM

Unidad 3. Redundancia en redes conmutadas

Clave: 210930727

Universidad Abierta y a Distancia de México UnADM

Redes medianas Unidad 3. Redundancia en redes conmutadas Unidad 3. Redundancia en redes conmutadas Presentación

Una vez que ya se tiene conocimiento sobre la Tecnología LAN actual que es Ethernet, cómo es que funcionan los switches de capa 2, además de la forma en que se diseñan las redes LAN y de Campus con el modelo Jerárquico de 3 capas, sabemos que la topología física será una sola pero por demandas de las redes convergentes es necesario tener una topología lógica que permita que los diferentes departamentos trabajen de formas independientes y que el flujo de información sólo llegue a las correspondientes máquinas. Por lo anterior a derivado en el uso de redes VLAN, para lograr su comunicación en entre switches, se usan los enlaces troncales y para conexión entre distintas VLAN pues el uso de dispositivos de capa 3 con enrutamiento inter-VLAN. En esta unidad estudiarás las herramientas para lograr una red convergente que pueda soportar la tolerancia a fallas, lo anterior se alcanza a través de la redundancia, sin embargo implementar una topología redundante tiene sus riesgos si no se sabe manejar; a través de STP y RSTP que son protocolos de capa 2 se evitarán los loops o bucles de conmutación. Cabe mencionar que el volumen de información que manejamos con respecto a otros años se ha incrementado por el uso de Internet así como el video dentro de las empresas, por lo tanto en necesario usar enlaces troncales de mayor capacidad, si la infraestructura de red actual no permite estos enlaces, entonces se pueden tomar enlaces de baja velocidad e irlos agrupando; ésto permitirá aumentar el ancho de banda del, backbone evitando los “cuellos de botella” en la red; lo cual, ahora, es posible con el uso de la técnica de Agregación de enlaces . Por último en esta unidad se explicará los problemas más comunes en las redes conmutadas y cómo poder resolverlos, una vez que ya tienes un amplio conocimiento de la tecnología es el turno de que desarrolles una solución para una empresa o institución y apliques los conocimientos adquiridos. Para la realización de las actividades se hará uso del simulador. Al final de la unidad podrás encontrar encontrar un organizador organizador gráfico que sintetiza sintetiza los contenidos contenidos tratados en esta unidad.

Redes medianas Unidad 3. Redundancia en redes conmutadas Unidad 3. Redundancia en redes conmutadas Presentación

Una vez que ya se tiene conocimiento sobre la Tecnología LAN actual que es Ethernet, cómo es que funcionan los switches de capa 2, además de la forma en que se diseñan las redes LAN y de Campus con el modelo Jerárquico de 3 capas, sabemos que la topología física será una sola pero por demandas de las redes convergentes es necesario tener una topología lógica que permita que los diferentes departamentos trabajen de formas independientes y que el flujo de información sólo llegue a las correspondientes máquinas. Por lo anterior a derivado en el uso de redes VLAN, para lograr su comunicación en entre switches, se usan los enlaces troncales y para conexión entre distintas VLAN pues el uso de dispositivos de capa 3 con enrutamiento inter-VLAN. En esta unidad estudiarás las herramientas para lograr una red convergente que pueda soportar la tolerancia a fallas, lo anterior se alcanza a través de la redundancia, sin embargo implementar una topología redundante tiene sus riesgos si no se sabe manejar; a través de STP y RSTP que son protocolos de capa 2 se evitarán los loops o bucles de conmutación. Cabe mencionar que el volumen de información que manejamos con respecto a otros años se ha incrementado por el uso de Internet así como el video dentro de las empresas, por lo tanto en necesario usar enlaces troncales de mayor capacidad, si la infraestructura de red actual no permite estos enlaces, entonces se pueden tomar enlaces de baja velocidad e irlos agrupando; ésto permitirá aumentar el ancho de banda del, backbone evitando los “cuellos de botella” en la red; lo cual, ahora, es posible con el uso de la técnica de Agregación de enlaces . Por último en esta unidad se explicará los problemas más comunes en las redes conmutadas y cómo poder resolverlos, una vez que ya tienes un amplio conocimiento de la tecnología es el turno de que desarrolles una solución para una empresa o institución y apliques los conocimientos adquiridos. Para la realización de las actividades se hará uso del simulador. Al final de la unidad podrás encontrar encontrar un organizador organizador gráfico que sintetiza sintetiza los contenidos contenidos tratados en esta unidad.

Redes medianas Unidad 3. Redundancia en redes conmutadas Propósitos

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Analizar las ventajas y desventajas de una red redundante. Explicar el funcionamiento de STP. Distinguir las ventajas de RSTP contra STP Emplear la agregación de enlaces para mejorar el desempeño de red. Implementar una red empresarial conmutada redundante.

Competencia específica

Implementar soluciones para problemas de redundancia mediante protocolos de control (STP y RSTP) y agregación de enlaces.

Temario 3. Redundancia en redes conmutadas 3.1. Fundamentos de redundancia

3.1.1. Características de una red jerárquica 3.1.2. Redundancia en una red jerárquica 3.1.3. Inconvenientes de la redundancia 3.2. Protocolos de control en la redundancia

3.2.1. Protocolo de Spanning Tree (STP) 3.2.2. Protocolo de Rapid Spanning Tree (RSTP) 3.3. Agregación de enlaces

3.3.1. Agregación de enlaces a través de EtherChannel 3.3.2. Resolución de problemas de redundancia 3.3.3. Caso de estudio Implementación de una red empresarial

Redes medianas Unidad 3. Redundancia en redes conmutadas 3.1. Fundamentos de redundancia

Bienvenido(a) a esta tercer unidad en la que iniciamos con el análisis de las características de una red, después, de la redundancia dentro de las redes LAN.

La redundancia es una estrategia ampliamente usada para evitar malentendidos o errores de decodificación. Aquí describiremos los pros y contras de la redundancia en redes de datos.

A continuación se describirán algunos de los conceptos más usados: 

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Velocidad (Bandwidth ): Es la capacidad de transferencia de la red, es mide en bps; mientras más ancho de banda mejor se da la transferencia de red. El throughput es el rendimiento real de la red, éste llega a ser menor que el ancho de banda. Costo (Cost ): Es el precio monetario de la red en sí misma, se supone que una red cara es una mejor red, sin embargo no significa que funcione bien, lo que si es cierto es que la planificación y diseño de una red siempre dependerá de la cantidad de dinero con la que se cuente. Seguridad (Security ): Que tan segura es la red, a eso se refiere esta característica, hay redes consideradas “cerradas” porque no tienen contacto con Internet, lo cual evita todos los ataques externos. Las redes “abiertas” tienen conexiones hacia

Internet lo cual puede permitir los ataques desde fuera de la red. Cabe mencionar que del 60 al 70% de los ataques a las redes provienen desde el interior. La recomendación de diseño es una red restrictiva, esta tiene un balance entre la cantidad de seguridad y los accesos correctos a los servicios de red. 

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Disponibilidad ( Availability ): Que la red se pueda utilizar en todo momento, o el mayor tiempo posible; esto ya que sin red los sistemas de información no pueden funcionar. En las empresas se firman SLA ( Service Level Agreement – Acuerdos de Nivel de Servicio-) los cuales miden el nivel de disponibilidad de la red, mientras más alto es, se requiere más personal e infraestructura para mantener la red funcionando. Escalabilidad (Scalability ): No se trata sólo de hacer crecer la red agregando más nodos sino de que la red también mantenga sus niveles de desempeño. Esto se logra diseñando una red totalmente conmutada y basándose en el modelo de 3 capas de Cisco. Si deseas más información consulta ( SONA –Services Oriented Network Architecture-). Confiabilidad (Reliability ): Que la red funcione y que no haya fallos inesperados tanto de hardware como de software. Hay equipos muy baratos de redes que en

Redes medianas Unidad 3. Redundancia en redes conmutadas cualquier momento colapsan por una falla. Existen marcas y modelos reconocidas por su gran estabilidad y desempeño, es decir que es muy raro que fallen. 

Topología (Topology ): La topología puede ser física o lógica. Las topologías físicas como ha visto antes, es la forma en que se interconectan físicamente los dispositivos. Existen las topologías siguientes:  Bus  Anillo  Doble anillo  Estrella  Estrella Extendida  Malla completa  Malla parcial  Árbol o Jerárquica  Celda

La topología más utilizada en la LAN es la topología de Estrella Extendida, ya que es la que se acomoda mejor con el cableado estructurado. La topología lógica es la forma real en la que la información viaja por la red. El ejemplo que puedes ver es el de la comunicación Inter-VLAN en donde para comunicarse nodos de diferente VLAN tienen que pasar por el router-on-a-stick para poder hacerlo. Una vez entendidas estas características red las redes, continuaremos con el tema de redundancia. Descriptivamente, la redundancia constituye factor comunicativo estratégico que consiste en intensificar, subrayar y repetir la información contenida en el mensaje a fin de que el factor de la comunicación ruido no provoque una pérdida fundamental de información. Dentro de la redes de datos, uno de los objetivos de las topologías redundantes es eliminar las interrupciones del servicio de la red provocadas por un único punto de falla. Todas las redes necesitan redundancia para brindar mayor confiabilidad y disponibilidad. Se dice que una red tiene alta disponibilidad si los tiempos de caída del sistema son mínimos y se dice que es confiable porque es muy rara la ocasión cuando algún dispositivo o enlace falla. La pregunta interesante es cómo se mide la disponibilidad, bueno aquí la forma utilizada:

((Minutos por año – minutos de falla) / minutos por año) * 100

Redes medianas Unidad 3. Redundancia en redes conmutadas De esta manera se obtiene el porcentaje de disponibilidad; ahora, un ejemplo: si se tienen 3000 minutos de falla por año en la red, ¿Cuál es el % de disponibilidad ( Avalability ) de la red? 60 minutos por hora, 24 horas por día y 365 días por año, nos da un total de 525600 minutos por año; entonces: 525600-3000 = 522600 esto entre 525600 nos da 0.9942 multiplicado por 100 obtenemos como resultado 99.42% de disponibilidad . 3000 minutos de falla anual son 2 días aproximadamente.

Hay empresas que llegan a ofrecer 99.6, 99.8 % de disponibilidad, significa que sus sistemas son muy redundantes. La disponibilidad ideal es el 100%, sin embargo, existe la disponibilidad de los 5 nueves: 99.999% eso equivale a 5 minutos de falla al año, empresas como Microsoft ofrecen esa disponibilidad en algunos servicios. Como Microsoft Windows 2008 y Microsft Exhanche.

Para poder entender mejor la redundancia es necesario que realices la siguiente actividad que podrás consultar en el archivo de actividades de esta unidad: Actividad 1. Redundancia o no redundancia… he ahí el dilema Ten en cuenta que la actividad se divide en dos fases: Fase 1. Investigación de ventajas y desventajas de una red redundante. Fase 2. Preguntas sobre las ventajas y desventajas de una red redundante. Continuando con el desarrollo de la unidad 3, te toca estudiar las ventajas y desventajas de una red redundante, a continuación se plantean algunos diseños LAN.

Se recomienda leer el documento: Redundancia en tu material de consulta.

Las topologías redundantes permiten mantener un alto porcentaje en la disponibilidad de la red, y más si se adecuan a un modelo de red jerárquico.

Redes medianas Unidad 3. Redundancia en redes conmutadas En la siguiente figura se muestra la ruta que siguen las tramas cuando la red funciona apropiadamente.

En la siguiente imagen aparece un error de conectividad entre capa acceso y distribución, la red redundante utilizará la ruta alterna para seguir funcionando.

Si el problema se da en entre capa de distribución y capa núcleo, aun se tienen rutas alternas.


Si otro problema de conectividad se da del lado del equipo destino, no hay problema porque también se tiene la redundancia. La siguiente imagen lo muestra.

Las topologías redundantes entonces son utilizadas en las redes convergentes para lograr tener una disponibilidad alta.

Redes medianas Unidad 3. Redundancia en redes conmutadas En la siguiente imagen se muestra una topología redundante simple

Se tienen dos rutas para llegar al mismo destino desde el server hasta el router, así se evita un único punto de falla. Pero ¿qué pasa cuando se manda un broadcast por la red?, el switch del lado izquierdo inundará el broadcast por ambos segmentos y cuando el switch del lado derecho los reciba tendrá que hacer lo mismo por todos sus puertos. Esto ocasionará una tormenta de broadcast, al grado que el CPU de los nodos y switches se sature y la red quede sin funcionar.

Otro problema que se puede ocurrir es el hecho de que al tener dos rutas por donde enviar los datos, pues que la información se duplique, en el caso de una conexión confiable por TCP, pues no hay inconveniente, porque TCP eliminará los segmentos duplicados. En el caso de una conexión de mejor esfuerzo por UDP, la información se tomará doble lo cual generará errores en la aplicación de usuario. En este caso habrá copias múltiples de tramas.


Otro efecto grave de una topología redundante, es el hecho de la forma en que aprenden los switches, ya que escuchan las tramas entrantes y verifican la dirección origen y la relacionan con el puerto por donde se escuchó esa trama. Cuando un switch no sabe la dirección MAC destino de una trama, hace proceso de flooding (Inundación), es decir, la trama se envía por todos los puertos excepto por el que llegó. Esto ocasiona que el switch pueda aprender de forma errónea una dirección MAC. En la siguiente imagen se muestra el problema.

Este problema es conocido como inconsistencia en la tabla de direcciones MAC.

Los switches no administrables llegan a pasmarse o incluso resetearse ante este problema. Los switches administrables o configurables pueden oscilar (flapping) entre un puerto y otro. En su defecto el switch no aprende la dirección MAC de ese nodo y por tanto no manda datos del mismo por la red.

En este tema se realizarán actividades de investigación y actividades individuales de simulación con el Packet Tracer 5.3.3.

Redes medianas Unidad 3. Redundancia en redes conmutadas Si deseas consultar más información acerca del diseño de redes con alta disponibilidad puedes ver el siguiente video (inglés): https://www.youtube.com/watch?v=GD-OuoWj1og

Una vez que has estudiado lo referente a la redundancia en redes de datos, tantos sus pros como sus contras, es tiempo de ver como poderlo controlar. Lo cual se logrará a través del uso de dos protocolos STP y RSTP que a continuación se presentan.

Se recomienda leer el documento: Lectura Características Avanzadas de LAN Conmutadas en tu material de consulta, ya que te permitirá entender mejor STP desde sus orígenes.

3.2. Protocolos de control de redundancia

El Protocolo de Árbol de Expansión ( Spanning Tree Protocol ) es un protocolo que permite tener redes redundantes libres de loops de conmutación. Las veces que pasa una trama por una ruta circular entre los mismos switches no puede ser controlada con ningún campo de la trama como ocurre en los paquetes en las redes ruteadas (esto gracias al campo TTL –Time To Live-), por lo tanto, la trama se puede quedar dando vueltas de forma indefinida ocasionando que la información sea procesada una y otra vez, generando tormenta de broadcast y todos los demás errores antes mencionados. STP por sus siglas en inglés, proporciona una topología redundante libre de loops colocando ciertos puertos en estado de bloqueo. Este protocolo usa el STA ( Spanning Tree Algorithm) que es un algoritmo que determina la mejor ruta libre de loops entre switches tomando en consideración la velocidad de los enlaces. El estándar está publicado en el IEE802.1D. Las acciones siguientes son las que ejecuta el STA para lograr la topología convergente libre de loops: Seleccionar un (puente/switch raíz) por cada dominio de broadcast Seleccionar un puerto raíz por cada switch que no es raíz Seleccionar el puerto designado para cada segmento de red Los puertos no designados quedan en estado de bloqueo   

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Topología redundante con STP libre de loops de conmutación

STP, está basado en un algoritmo diseñado por Radia Perlman mientras trabajaba para DEC. Hay 2 versiones del STP: la original (DEC STP) y la estandarizada por el IEEE (IEEE 802.1D), que no son compatibles entre sí. En la actualidad, se utiliza la versión estandarizada por el IEEE.

Entonces antes de tener una topología redundante libre de loops los switches se deben de poner de acuerdo en quien será el switch raíz ( r o o t s w i t c h ) y lo hacen de la siguiente manera: Los switches intercambian información de STP a través de tramas espaciales llamadas BPDU (Bridge Protocol Data Unit), cada switch al iniciar se cree el root de la red y manda los BPDU por cada puerto que tenga activo.


BPDU del STP

La forma en la que se encapsula los BPDU en la trama Ethernet es como se ve en la siguiente figura:

Encapsulamiento de BPDU

Para determinar cuál es el switch raíz, se utiliza el BID (Bridge ID) más bajo. El BID está compuesto por elementos, la Prioridad (2 bytes) y la dirección MAC de la tarjeta madre del switch. El valor de la prioridad es de 32768 el valor medio ( middle value) en todos los switches, por lo tanto el switch raíz será el que tenga la MAC más chica. El detalle de que el switch raíz sea el de la MAC más chica por defecto, ocasiona que generalmente sea un switch de tecnología más vieja (Ethernet, FastEthernet, GigabiEthernet) lo que puede hacer que la red no tenga un buen desempeño, por lo tanto es

Redes medianas Unidad 3. Redundancia en redes conmutadas factible modificar el valor de la prioridad a uno menor que 32768 para que el switch sea elegido como switch raíz. Los BPDU se envían cada 2 segundos.

El hecho de elegir al switch raíz es para poder definir el punto de referencia para saber cuáles enlaces serán los que queden activos y cuáles serán los que funcionarán como redundantes. Como cada switch al inicio de la convergencia se cree el switch raíz, envía los BPDU a todos los demás switches, de esa manera se dan cuenta todos cuál es el switch raíz. De aquí en adelante el que genera los BPDU es sólo el switch raíz. Una vez hecho esto, lo que sigue es que cada switch que no es raíz debe elegir un puerto raíz para llegar al switch raíz. La lección se hace con los siguientes criterios: Por el costo más bajo hacia el switch raíz Por el BID más bajo de los switches por los que se reciben BPDU Por la prioridad más baja del puerto del que se recibe BPDU  

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La forma en la que se determina el costo de la ruta en STP es como sigue: Velocidad bps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps

Costo 100 10 1 1

Costo originales IEEE

Velocidad bps 10Mbps 100Mbps 1Gbps 10Gbps

Costo 100 19 4 2

Costo revisados y actuales

El costo es inversamente proporcional a la velocidad del enlace, a mayor velocidad entonces menor costo. Cuando se usa agregación de enlaces , los costos se van reduciendo poco a poco de acuerdo a los enlaces en el bundle (racimo- conjunto-). Por eso en la imagen que sigue se elige el puerto Fast Ethernet como el puerto raíz ( root port ).


Ahora, una vez elegido el puerto raíz por cada switch que no es raíz, se elige un puerto designado por enlace de backbone o segmento dentro de la red. El puerto designado es el puerto elegido para mandar BPDU en ese segmento. Sigue las mismas reglas que el puerto raíz. En cada enlace que exista entre dos switches habrá un puerto designado, el cual será el puerto del switch que tenga un menor costo para llegar al switch raíz. Los primeros puertos que son designados son los del switch raíz, ya que él no necesita puertos para llegar a sí mismo. Los puertos que son raíz y designados son puertos que están en estado de envío, los puertos que no son raíz, ni designado serán puertos no designados y quedaran en estado de bloqueo, logrando con ello que todos los problemas relacionados con la redundancia no existan más. Los roles de los puertos en Spanning Tree son: Raíz: El mejor puerto para llegar switch raíz Designado : El puerto que envía BPDU en el segmento No designado: El puerto que se bloquea para evitar los loops   

Los puertos del switch pasan de un estado a otro hasta lograr la convergencia de STP. Los estados de los puertos en Spanning Tre son: Bloqueado (B l o c k i n g ) : Se escuchan PBDU 10 veces el tiempo de saludo (20 segundos) para saber si debe cambiar de estado o permanecer bloqueado. No se envía información de usuario. Esto es con el fin de evitar loops de conmutación inmediatos. Escuchando (l i s t e n i n g ): Aquí es donde se define su rol de raíz o designado, sigue escuchando BDPU pero no envía información de usuario. Aprendiendo (le a r n i n g ) : ya sea raíz o designado lo que se hace en este estado es aprender todas las direcciones MAC de los usuarios, se siguen escuchando BDPU. 

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Redes medianas Unidad 3. Redundancia en redes conmutadas 

Enviando ( f o r w a r d i n g ): El puerto envía las tramas de usuarios por la red y sigue

escuchando BPDU. 

Deshabilitado ( d i s a b l e d ) : El puerto no participa del STP, ya sea porque el puerto

está apagado o no está conectado. El estado de listening y de learning no son estados en los que se pueda quedar un puerto, Listening tiene un tiempo de retardo ( forward delay ) de 15 segundos, y Learning de igual manera; por lo tanto STP puede converger entre 30 a 50 segundos en una red conmutada grande. Listening y Learning son estados transitivos.

Además de que:

Cisco tiene una solución propietaria llamada PORTFAST. Ésta lo que hace es pasar de un estado de Blocking a Forwarding de manera inmediata; esto en el caso de los puertos en los que se conectan sólo nodos, los cuales no participan del STP. Al no participar, entonces no existe la necesidad de esperar por lo menos 30 segundos a que el puerto este en estado de envío. Este modo debe de usarse con precaución.

Aquí un ejemplo de convergencia de STP Se tiene la siguiente red con redundancia:

Redes medianas Unidad 3. Redundancia en redes conmutadas El siguiente paso es elegir al switch raíz.

Ahora los puertos raíz por cada switch que no es raíz

Es tiempo de elegir a los puertos designados


Los puertos faltantes son los puertos no designados y quedan en estado de bloqueo.

Actividad 2. STP Consulta las instrucciones en el documento de actividades respectivo.

Si deseas ver más información acerca de métodos de renvío, puedes observar esta animación flash (inglés): http://www.cisco.com/warp/public/473/spanning_tree1.swf .


Ahora que ya conoces el funcionamiento normal de STP, podemos hacer cambios de acuerdo a las necesidades de la red. El comando utilizado en los switches Catalyst de Cisco para manipular la prioridad es:

Switch(config)#spanning-tree vlan #vlan priority #priority

Para cambiar el costo del enlace se puede hacer por medio de la velocidad del puerto:

Switch(config-if)# speed {10 | 100| 1000}

En su defecto con el comando:

Switch(config-if)# spanning- tree vlan #vlan cost #costo

Si se desea manipular la prioridad del Puerto se tiene el siguiente comando:

Switch(config-if)# spanning- tree vlan #vlan port-priority #priority

Una vez entendido el STP, se reconoce que en la redes convergentes modernas 30 segundos en convergencia de STP es mucho tiempo, y más si hablamos de video y VoIP, por lo tanto la recomendación es utilizar RSTP. En la siguiente sección se presentarán sus similitudes y diferencias. Realiza la:

Actividad 3. STP vs. RSTP RSTP Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) es un protocolo de red de la segunda capa OSI,

(nivel de enlace de datos), que gestiona enlaces redundantes. Especificado en IEEE 802.1w, es una evolución del Spanning tree Protocol (STP), reemplazándolo en la edición

Redes medianas Unidad 3. Redundancia en redes conmutadas 2004 del 802.1d. RSTP reduce significativamente el tiempo de convergencia de la topología de la red cuando ocurre un cambio en la topología. Roles de los puertos RSTP: Raíz – Es un puerto de envío elegido para la topología Spanning Tree . Designado – Un puerto de envío elegido para cada segmento de la red. Alternativo – Un camino alternativo hacia el Puente Raíz. Este camino es distinto al que usan los puertos raíz. Respaldo – Un camino de respaldo/redundante (de mayor costo) a un segmento donde hay otro puerto ya conectado. Deshabilitado – Un puerto que no tiene un papel dentro de la operación de Spanning Tree .   

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Estados de los puertos RSTP: Learning - Escucha BPDUs y guarda información relevante. Forwarding - Una vez ejecutado el algoritmo para evitar bucles, los puertos activos pasan a este estado. Discarding - No recibe BPDUs por lo cual no se encuentra participando en la instancia activa de STP  

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Los puertos raíz y designado forman parte de la topología activa. Los puertos alternativo y de respaldo no están incluidos en la topología activa

Redes medianas Unidad 3. Redundancia en redes conmutadas Aquí una muestra de una topología redundante libre de loops con RSTP:

RSTP monitorea el estado de todas las trayectorias: Si una dirección activa se cae, RSTP activa las direcciones redundantes. Configura de nuevo la topología de la red adecuadamente.  

RSTP se ha convertido en el protocolo preferido para prevenir ciclos de capa 2 en topologías que incluyen redundancia. Además de que el 802.1w contiene mejoras, retiene compatibilidad con su antecesor 802.1D dejando algunos parámetros sin cambiar. Por ejemplo, RSTP mantiene el mismo formato de BPDU que STP sólo que cambia el campo de versión, el cual se le asigna el valor de 2.


Formato del BPDU de RSTP

RSTP también define el concepto de edge-port , el cual también se menciona en STP como PortFast, en donde el puerto se configura como tal cuando se sabe que nunca será conectado hacia otro switch de manera que pasa inmediatamente al estado de envío sin esperar los pasos intermedios del algoritmo –etapas de escucha y aprendizaje- los cuales consumen tiempo. Los puertos que no son edge-ports pueden ser punto a punto ( P2 P ) o compartidos (Shared ). El tipo de enlace es detectado automáticamente, pero puede ser configurado explícitamente para hacer más rápida la convergencia.


Tipos de enlaces en RSTP

El tiempo de convergencia de RSTP en puertos o enlace edge es de 6 a 7 segundos aproximadamente, ya que detecta la pérdida de 3 BPDU lo cual indica que en ese puerto no hay un switch y por lo tanto puede pasar a modo de envío.

En los puertos P2P el tiempo de convergencia llega a ser inmediato, lo cual permite que las tecnologías de VoIP y video no se vean afectadas por el tiempo de convergencia.

Cuando enlace es shared el tiempo de convergencia se asimila al de STP porque es un medio compartido.

Es difícil contar físicamente con un switch y configurarlo, por tal razón las prácticas se desarrollaran en un simulador llamado Packet Tracer versión 5.3.3.


Si primero deseas observar cómo se realiza la configuración del STP y RSTP, debes considerar estos videos en Internet: https://www.youtube.com/watch?v=eqfuGH7-WhA https://www.youtube.com/watch?v=cvVBiiQ317g .

Ya que se han identificado similitudes y diferencias sobre STP y RSTP, es importante recordar que los enlaces de backbone, en ocasiones no tienen la suficiente capacidad para permitir el paso de toda la información, por lo cual será necesario agregar nuevos enlaces, pero estos enlaces no deben de bloquearse sino que unan sus velocidades para poder tener una mayor capacidad. Cómo se logra esto, pues con la Agregación de enlaces que es nuestro siguiente tema. 3.3. Agregación de enlaces

Cada vez que se coloque un enlace extra entre dos switches para obtener redundancia, solo uno quedará enviando la información, ya que el otro se bloqueará por el STP o RSTP.

Redundancia entre dos switches Cisco 2960

Si se agrega otro enlace Fast Ethernet lo que ocurrirá es que también se va a bloquear.

Doble redundancia entre dos switches Cisco 2960

Si lo que se desea es que los puertos no se bloqueen y se puedan utilizar para mandar datos, entonces hay que hacer pensar al STP que los enlaces independientes realmente forma un solo canal lógico, entonces se podrán en estado de envío y mejorará la transferencia de información. Al tener más de una ruta, los switches podrán hacer alguna técnica de balanceo de carga entre los enlaces físicos.


EtherChannel entre dos switches Cisco 2960

Se recomienda leer el documento: EtherChannel en tu material de consulta, ya que te permitirá entender mejor la Agregación de Enlaces.

EtherChannel

EtherChannel es una tecnología de Cisco construida en base a los estándares 802.3 fullduplex Fast Ethernet. Permite la agrupación lógica de varios enlaces físicos Ethernet, ésta agrupación es tratada como un único enlace y permite sumar la velocidad nominal de cada puerto físico Ethernet usado y así obtener un enlace troncal de alta velocidad. La tecnología EtherChannel es una extensión de una tecnología ofrecida por Kalpana en sus switch en los 90’s. Un máximo de 8 puertos Fast Ethernet u 8 puertos 10Gigabit Ethernet pueden ser agrupados juntos para formar un EtherChannel. Con esta última agrupación podemos conseguir un máximo de 80 Gbps de ancho de banda. Las conexiones EtherChannel pueden interconectar switches, routers, servidores y clientes. Los puertos usados deben tener las mismas características y configuración. De acuerdo a (Ariganello, 2012) aquí tenemos algunas ventajas: La tecnología EtherChannel se basa en el estándar IEEE 802.3 compatible con Ethernet mediante la agrupación múltiple, enlaces full-duplex punto a punto. Permite el uso en cualquier lugar de la red donde es probable que ocurran cuellos de botella. Permite un crecimiento escalable y a medida. Podemos agregar el ancho de banda de cualquiera de los enlaces que tenemos en el EtherChannel, aunque los enlaces no tengan la misma velocidad. El incremento de la capacidad no requiere una actualización del hardware. Permite reparto de carga. Como el enlace está compuesto por varios enlaces Ethernet, se puede hacer reparto de carga entre estos enlaces. Así se obtiene mayor rendimiento y caminos paralelos redundantes. 

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Robustez y convergencia rápida. Cuando un enlace falla, la tecnología EtherChannel redirige el tráfico del enlace fallido a los otros enlaces proporcionando una recuperación automática mediante la redistribución de la carga entre los enlaces restantes. La convergencia es completamente transparente para el usuario. Transparente para las aplicaciones de red. Cuando usamos EtherChannel, los routers y los switches proveen reparto de carga a través de los enlaces, esto es completamente transparente para las aplicaciones y para los usuarios. No se requieren cambios en las aplicaciones de red. La tecnología EtherChannel está disponible para todas las velocidades de los enlaces Ethernet. Permite a los administradores de red desplegar redes escalables sin problemas. Completamente compatible con el Cisco IOS Software. Las conexiones EtherChannel de Cisco son totalmente compatibles con Cisco IOS LAN virtual (VLAN) y las tecnologías de enrutamiento. EtherChannel se puede configurar como enlace VLAN trunk. Cisco ISL, VTP y IEEE 802.1Q son compatibles con EtherChannel. Facilidad de gestión debido a la experiencia de Cisco desarrollada a lo largo de los años en la solución de problemas y mantenimiento de redes Ethernet.

LACP

Agregación de enlaces es un término para describir los distintos métodos de combinación (agregación) de varias conexiones de red en paralelo para aumentar el rendimiento más allá de lo que una sola conexión podría sostener, y para proporcionar redundancia en caso de que uno de los enlaces falla. Otros términos utilizados para describir paraguas del método incluyen port trunking , la agrupación de enlaces, unión de Ethernet/red/NIC, o la agrupación de NIC. Estos términos no sólo abarcan a los vendedores independientes de estándares como Link Aggregation Control Protocol (LACP) para Ethernet se define en IEEE 802.1ax o el anterior IEEE 802.3ad, pero también varias soluciones propietarias. La agregación puede ser implementada en cualquier de las tres capas más bajas del modelo OSI. Algunos ejemplos de agregación en la capa 1 es la línea de alimentación (por ejemplo IEEE 1901) e inalámbricos (por ejemplo, IEEE 802.11) en dispositivos de red que combinan múltiples bandas de frecuencia. En la capa 2 de OSI, por ejemplo, las tramas Ethernet en las redes LAN o PPP de enlaces múltiples en las redes WAN, la agregación se produce normalmente a través de los puertos del switch, que pueden ser puertos físicos, o los virtuales gestionados por un sistema operativo. La agregación es también posible en la capa 3 del modelo OSI usando planificación de turno rotativo (round-robin), o sobre la base de los valores de hash calculado a partir de los campos en la cabecera del paquete, o una combinación de estos dos métodos. Independientemente

Redes medianas Unidad 3. Redundancia en redes conmutadas de la capa en la que se produce la agregación, la carga de la red se equilibra a través de todos los enlaces. La mayoría de los métodos proporcionan soporte a fallos. La combinación puede tener lugar en varias interfaces compartiendo una dirección lógica (es decir, IP) o una dirección física (es decir, la dirección MAC), o se puede hacer de tal manera que cada interfaz tenga su propia dirección. El primero requiere que ambos extremos de un enlace de utilizar el mismo método de agregación, pero tiene ventajas de rendimiento sobre el último. Link Agg regation Control Protocol

Dentro de la especificación IEEE el Link Aggregation Control Protocol (LACP) esta proporciona un método para controlar la agrupación de varios puertos físicos entre sí para formar un solo canal lógico. LACP permite a un dispositivo de red negociar una instalación automática de enlaces mediante el envío de paquetes LACP hacia los otros routers, switches o servidores. Configuración de PAgP y LACP

La configuración de un EtherChannel se puede hacer de dos formas diferentes: negociación o manual. En negociación se pueden identificar también dos formas, Port Aggregation Protocol (PAgP) o Link Aggregation Control Protocol (LACP). Ambos extremos se deben de configurar en el mismo modo. PAgP es un protocolo propietario de Cisco. El switch negocia con el otro extremo cuales son los puertos que deben ponerse activos. El propio protocolo se encarga de agrupar puertos con características similares (por velocidad, troncales, por pertenecer a una misma VLAN,…). Se puede configurar de dos modos: 

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Desirable. Establece el puerto en modo activo, negociará el estado cuando reciba

paquetes PAgP y puede iniciar negociaciones con otros puertos. Auto. Pone el puerto en modo pasivo, solo responderá paquetes PAgP cuando los reciba y nunca iniciará una negociación.

Dos puertos auto nunca podrán formar grupo, ya que ninguno puede iniciar una negociación. LACP es muy similar a PAgP ya que también puede agrupar puertos con características similares. Es un protocolo definido en el estándar 802.3ad. Los modos de configuración de LACP son: Activo. Está habilitado para iniciar negociaciones con otros puertos. 


Pasivo. No puede iniciar negociaciones, pero si responde a las negociaciones

generadas por otros puertos. Dos puertos pasivos tampoco podrán nunca formar grupo. Es necesario que al menos uno de los dos puertos esté activo. En el modo manual toda la configuración del puerto se realiza de forma manual, no existe ningún tipo de negociación entre los puertos. A continuación lee de tu material de apoyo la lectura llamada EtherChannel . Ahí podrás encontrar todos los comandos de configuración y resolución de problemas de estas tecnologías. Realiza la:

Actividad 4. Agregación de enlaces (Etherchannel)

Comparativo de LACP (estándar) contra PAgP (Cisco)

Si deseas observar cómo se configura PAgP, puedes revisar el siguiente video en Internet: http://www.youtube.com/watch?v=lNd12oLo5kg .

LACP y PAgP pueden configurar un enlace como EtherChannel/Link aggregation, ya sea en capa 2 o en capa 3, es muy importante que los parámetros de los puertos que pertenecen al bundle (grupo) sean iguales.

Una vez que ya se ha visto la configuración de EtherChannel, ya se tienen todos los recursos para poder diseñar una red convergente redundante, sin embargo, es necesario que se conozcan las técnicas para resolución de problemas de VLAN, troncales, VTP, enrutamiento Inter-VLAN, STP, RSTP y EtherChannel, todo esto se observará en el siguiente tema. Resolución de problemas de Redundancia


Topología Jerárquica Redundante

En una red conmutada redundante, pueden existir muchos puntos de falla y aunque la redundancia entre en funcionamiento, el detectar donde estuvo el error, en ocasiones nos puede consumir una gran cantidad de tiempo, por lo tanto en este tema se verán las causas más comunes de fallas en una red redundante y como se puede solucionar de la mejor manera. De acuerdo a El curso ICND2 de Cisco Systems del Modulo Switching tema Resolución de Problemas, aquí se muestran las recomendaciones en la resolución de problemas de red conmutadas: Conozca la operación normal del switch: Sepa cuando hay un problema de 

Hardware o de Software, entiende los LED’s del sistema, que significan. 

Conoce la topología física y lógica de tu red: Es común tener un plano grande la topología lógica en general y detalles de cada uno de los IDF’s y MDF de la red.

Los diagramas lógicos incluyen VLAN, Suberedes, Puertas de enlace. 

Hay que tener un plan de contingencia contra cualquier error que pueda suceder. La mayor parte de los problemas de red LAN es por el cableado.


NO asuma que un componente de red está funcionando; verifíquelo: Los comandos show son de suma importancia para ver si está o no funcionando la VLAN el protocolo o el enlace.

Los pasos que se deben seguir al momento de hacer ( T r o u b l e s h o o t i n g ) Resolución de problemas de red es el siguiente: Conexiones Físicas Problemas de VLAN y troncales Problemas de VTP Problemas de Spanning Tree Problemas de conexión Física

En los problemas de conexión física revise el cable que sea de la categoría para el tipo de velocidad a manejar, así como el tipo ya sea directo o cruzado de acuerdo a la tarea específica. Verifique que el cable esté conectado en el puerto correcto. Es importante verificar que el puerto no esté en err-disable por una violación de seguridad o por que la VLAN a la que está asignado no exista i n a c t i v e . Por último verifique la funcionalidad del dúplex en ambos extremos. Los comandos más utilizados son: Show running-config Show interface Fast 0/X Show interface status Show interface fast0/X switchport

Problemas con VLAN y Troncales

Primero verifique que los enlaces troncales pertenezcan a la misma VLAN nativa, si no es así, la comunicación no se dará de forma correcta. Recuerde que existen dos protocolos de enlace Troncal IEEE802.1Q e ISL, entre ellos no son compatibles. Las VLAN deben de existir en el puerto donde se hace la asignación de puerto. Para cada subred comúnmente se asigna una subred IP independiente. Por último, la comunicación entre diferentes VLAN debe de pasar por un dispositivo de capa 3 que haga enrutamiento, configure de manera correcta las puerta de enlace en los nodos y las subinterfases correctamente relacionadas con IP’s y encapsulamientos.

Los comandos más usados son: Show vlan Show vlan brief Show interface fast 0/X trunk Show interface trunk


Problemas de VTP

En la configuración de VTP se pueden observar detalles de VTP en la configuración actual. Para que dos switches intercambien información de VLAN deben pertenecer al mismo dominio, la misma versión de VTP y la misma contraseña. Si los enlaces no son troncales, VTP no podrá funcionar en ellos. Las causas más probables de VTP es la inserción de un switch con diferente dominio o con un número de revisión mayor al actual. Si los puertos se encuentran inactivos, es decir, no envían in reciben, lo más probable es que la VLAN a la que pertenece no existe. Los comandos más usados son: Show vtp status Show vlan brief Show vtp password Problemas de Spanning Tree

Verifique su diagrama de red y compruebe que el switch raíz sea el correcto además de que los puertos raíz y designados sean lo que indica la topología. Trata de identificar el lugar donde se genera el loop y desconecta los enlaces redundantes innecesarios. Controla los eventos del STA que ocurren mandando estos mensajes a un servidor Syslog. Ahí los podrás revisar con mayor detalle. Verifica que el RSTP esté funcionando para cada una de tus VLAN. Comandos más utilizados: Sh spanning-tree vlan #vlan Sh spanning-tree vlan #vlan root Ahora que tienes todos los conocimientos técnicos y teóricos en la construcción de Redes conmutadas convergentes, es tu turno para en base a un problema propuesto, diseñes la red de campus que se propone en la Evidencia de aprendizaje .

La única manera de entender y aprender el STP y RSTP es realizando muchas prácticas, observando la salida de los comandos show correspondientes y ver la forma en que viaja la información por la red. Todo esto se puede lograr con el uso del Packet Tracer. Lograr conseguir equipo real suficiente para desarrollar prácticas extensas, no es muy factible.

Redes medianas Unidad 3. Redundancia en redes conmutadas A continuación se muestran dos mapas mentales que incluyen las características de STP y RSTP.

Bases de STP


Bases de RSTP

Autoevaluación A lo largo de la unidad se han expuesto los temas básicos para el entendimiento de la tecnología Ethernet así como sus estándares, el funcionamiento de un switch y su configuración y el modelo jerárquico de redes, se considera que ya cuentas con los elementos para implementarlos y así asegurar el conocimiento adquirido, para esto:

1. Ingresa en el aula y selecciona la autoevaluación de la Unidad 3.

Redes medianas Unidad 3. Redundancia en redes conmutadas 2. Lee cuidadosamente las instrucciones para que formules tus respuestas. 3. Verifica tus respuestas y en los casos necesarios repasa los temas que necesites fortalecer.

Evidencia de aprendizaje. Redes redundantes

De manera breve se aclara que esta evidencia de aprendizaje utiliza el Packet Tracer para evaluar los conocimientos, lo que se hará es entregar un aprendizaje basado en problemas, que constará de 4 fases que a continuación se describen. Para fines de entrega de documentación se requiere el uso de un programa tal como es diagramador o algún software de presentaciones, estos te permitirán mostrar de una manera clara y precisa la topología de red. Fase 1 (Laboratorio) Actividad mediante simulación verificación de funcionamiento de STP.

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Fase 2 (Laboratorio) Actividad de simulación Manipulación de funcionamiento de STP.

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Fase 3 (Laboratorio) Actividad de simulación verificación de funcionamiento de RSTP.

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Fase 4 (Laboratorio) Actividad de simulación Configuración de LACP y PAgP.

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Realiza el caso de estudio que indique un Facilitador(a) y entrégalo de acuerdo a sus

instrucciones.

Autorreflexión

Al terminar la Evidencia de aprendizaje es muy importante hacer tu Autorreflexión. Para ello, Ingresa al foro de Preguntas de Autorreflexión y a partir de las preguntas presentadas por tu Facilitador(a), realiza tu ejercicio y súbelo en la sección Autorreflexiones.

Cierre de la unidad

Has visto que las redes LAN distan de ser aquella red de unas cuantas máquinas conectadas en una topología en estrella y una red IP. Lo que se encuentra en la

Redes medianas Unidad 3. Redundancia en redes conmutadas actualidad es una red de Campus perfectamente estructurada, divida con VLAN y conectada por enlaces troncales. Las características de las redes nos indican si la red va a ser funcional o no, además si va a ser tolerante a fallas. Con la Redundancia hemos logrado ver como la disponibilidad aumenta y las redes evitan únicos puntos de falla. Si no fuera por esta redundancia muchos de los sistemas no trabajarían correctamente. Ahora no por el hecho de que el STP y el RSTP puedan evitar los loops de conmutación significa que dejemos que tome el control de la red. Nosotros como administradores de red tenemos el control de elegir al switch raíz y los enlaces que harán la redundancia. La tecnología EtherChannel nos permite seguir utilizando nuestros switches con enlaces de baja velocidad y unirlos formando un canal lógico de mayor capacidad para soportar los nuevos tipos de tráfico demandantes en las redes. Es importante recordar que de nosotros depende el que se haga un correcto diseño de red, elegir la topología idónea y la asignación del direccionamiento IP está a nuestro cargo, debemos crear redes que sean fáciles de administrar y de dar soporte. Con esto concluimos todo lo relacionado a las redes conmutadas convergentes, ¡enhorabuena!. Para saber más…

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Puedes entrar la página www.learningnetwork.cisco.com y sin necesidad de registrarte poder obtener muchísima cantidad de información relacionada ya con teoría si como con práctica de tecnologías de redes. En www.youtube.com podrás encontrar el canal Networking 101, este canal incluye muchos videos te tecnologías de redes que te pueden ser muy útiles en tu formación.

Fuentes de consulta Fuentes básicas 

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Ariganello, E.; Barrientos S., E., (2010). Redes Cisco CCNP a Fondo. 1ª Edición. México: Alfaomega Grupo Editor. Huidobro M., J. M.l; Millan T., R. J., (2007). Redes de Datos y Convergencia IP . México: Alfaomega grupo Editor. Raya C., J. L.; Raya P., C., (2007). Redes Locales. 3ª Edición México: Grupo Editor Alfaomega. Tanenbaum, A. S., (2006). Redes de computadoras . México: Pearson Educación. Olifer N., (2009). Redes de computadoras. 1ª Edición. México: McGraw Hill.

Fuentes electrónicas complementarias

Unidad 3. PD Redundancia en Redes Conmutadas_.pdf

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