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Todo lo que necesita saber sobre el diseño de redes de redes de área amplia (WAN):
En esto Serie de formación sobre redes , aprendimos todo sobre Modelo TCP / IP en nuestro tutorial anterior.
Este tutorial explicará todo sobre WAN en detalle junto con ejemplos.
Las redes de área amplia (WAN) son una red de telecomunicaciones que se extiende por una gran área geográfica con un propósito principal de redes de computadoras. Una red WAN conecta diferentes LAN de área local pequeña y redes MAN de área metropolitana.
Para construir la red WAN, se requiere una combinación de varios dispositivos de red como puentes, conmutadores y enrutadores.
La red WAN más conocida es Internet. La red WAN cubre ciudades, estados, países e incluso continentes. WAN puede ser una red pública o una red privada.
Lo que vas a aprender:
- Descripción general del diseño de la red WAN
- Tecnologías de redes WAN
- Topologías de red WAN
- Ejemplos en vivo de redes WAN
Descripción general del diseño de la red WAN
Como la red se extiende a largas distancias, se requieren medios de transmisión confiables y rápidos con un gran ancho de banda, por lo que el cable de fibra óptica se usa principalmente para la conectividad WAN. La tecnología de conmutación utilizada en WAN incluye conmutación tanto de circuitos como de paquetes, según la arquitectura de la red.
Las redes WAN están diseñadas de tal manera que la oficina central de la empresa estará conectada con las sucursales y el centro de datos centralizado con conectividad a Internet para todos los usuarios finales si tienen relevancia.
En este tutorial, exploraremos los aspectos de diseño de las redes WAN con la importancia de los enlaces STM en la tecnología WAN.
Preocupaciones de diseño
- La red debe diseñarse de tal manera que la arquitectura general diseñada sea rentable y dentro del presupuesto.
- Los enlaces utilizados para la conectividad deben ser confiables y estar protegidos. Al proporcionar protección, si falla un enlace, la red seguirá activa utilizando el enlace de protección.
- El rendimiento general de la red debería ser el mejor y el retardo de los paquetes debería ser lo mínimo posible.
- La red debe diseñarse de tal manera que la interferencia, la fluctuación y la pérdida de paquetes sean mínimas.
- El objetivo básico de una red bien diseñada es entregar datos al host de destino desde el host de origen utilizando la ruta más corta.
- Los componentes equipados en la red deben utilizarse y administrarse adecuadamente.
- Se debe utilizar un sistema de firewall sólido para proporcionar una transmisión confiable y segura.
- La topología de la red, los modos de transmisión, la política de enrutamiento y los demás parámetros de la red deben elegirse según el tipo y la necesidad del sistema a implementar.
Tecnologías de redes WAN
Hay dos tecnologías utilizadas en el diseño de redes WAN.
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A continuación se muestran las clasificaciones:
- Cambio de circuito: El ejemplo de conmutación de circuitos incluye DWDM, SDH o TDM.
- Conmutación de paquetes: El tipo de conmutación incluye ATM, frame relay, conmutación de etiquetas multiprotocolo (MPLS) e IPV4 o IPV6.
# 1) Conmutación de circuito
Es el método de emplear un sistema de redes de comunicación en el que se establece un canal de comunicación dedicado entre los dos nodos de comunicación a lo largo del proceso de comunicación. Al canal o circuito se le ha proporcionado un ancho de banda dedicado durante todo el proceso de comunicación.
SDH y DWDM las tecnologías utilizan conmutación de circuitos para la comunicación.
Considera elEjemplode una empresa de pruebas de software , con el centro de I + D en Bangalore mientras que la oficina central está en Mumbai y sucursales en Chennai, Hyderabad y Pune, respectivamente.
Ahora la necesidad de la empresa es conectar todas las oficinas entre sí junto con la oficina central en Mumbai. El centro de datos también se conectará directamente a la oficina central.
Como todas las pruebas y el desarrollo se realizan en la oficina de Bangalore, el enlace debe estar protegido y debe ser confiable y seguro. El tamaño de los datos intercambiados entre estos enlaces será muy grande y puede ser que una gran cantidad de datos fluya al mismo tiempo entre estos enlaces WAN.
Por lo tanto, teniendo en cuenta todos estos puntos, se sugieren enlaces STM duales de gran ancho de banda y alta capacidad para la conectividad entre todas las ciudades y el centro de I + D de la empresa.
Por supuesto, la fibra óptica se utiliza como medio de transmisión y utilizamos enlaces STM para la conectividad por fibra.
Módulo de transporte síncrono (STM):
Se combinan 21 E1 (flujo de 2 Mbps que contiene 30 canales de voz / datos) para formar un VC (contenedor virtual). Se combinan 3 números de VC para formar un módulo STM-1 que contiene 63 E1.
Los enlaces STM tienen diferentes anchos de banda. El básico es STM-1 y es el primer nivel de la jerarquía digital síncrona. Ofrece un ancho de banda de 155 Mbps. Si sumamos cuatro STM-1 juntos, se convierte en STM-4, que ofrece un ancho de banda de 622 Mbps.
Además, 4 números de STM-4 se combinan para formar STM-16 que ocupa aproximadamente 2,5 Gbps de ancho de banda y luego 4 números de STM-16 se combinan para formar STM-64 que ocupa aproximadamente 10 Gbps de ancho de banda.
Estos sistemas SDH tienen un diseño muy elegante y ocupan incluso menos de una décima parte del espacio consumido por los sistemas PDH. Además, el requisito de potencia es notablemente menor aquí.
Si necesita aún más ancho de banda que este, entonces tenemos que optar por sistemas DWDM que vienen en forma de configuraciones lambda 4/8/16 o 32. Cada lambda es capaz de transportar cualquier cantidad de ancho de banda desde PDH o STM-1 hasta STM-64 dependiendo de la complejidad y el costo que podamos soportar según nuestras necesidades.
La multiplexación por división de longitud de onda densa (DWDM) es una técnica de multiplexación que combina una serie de flujos de datos de diferentes tamaños, es decir, señales portadoras ópticas de diferentes longitudes de onda (color o lambda) de luz láser, en una sola fibra óptica.
DWDM permite la comunicación bidireccional, así como la multiplicación de la capacidad de la señal.
| Nivel SDH | Ancho de banda de carga útil (Mbps) | Velocidad de línea (Mbps) |
|---|---|---|
| STM-1 | 150.336 | 155.52 |
| STM-4 | 601.344 | 622.08 |
| STM-16 | 2405.376 | 2488.32 |
| STM-64 | 9621.504 | 9953.28 |
La trama STM-1 se transmite exactamente en 125 µs , por tanto, hay 8.000 fotogramas por segundo en un sistema de 155,52 Mbps. La trama STM-1 consta de sobrecarga y punteros más carga útil de información.
Las principales características del marco son las siguientes:
La información de carga útil que se va a reenviar tiene una trama VC-4.
La sección superior es el encabezado del marco que se divide en:
- RSOH (sección superior del regenerador): Esta sección lleva a cabo la alineación de tramas, la codificación y la regulación de la línea de transmisión, que incluye principalmente la regeneración de señales débiles y examina problemas de error.
- MSOH (sección superior del multiplexor): Esta sección maneja la transmisión entre puntos donde el AUG ( Ejemplo: AU-4) está montado y desmontado. Supervisa la sincronización de la sección de multiplexación, la comunicación de estado y el examen de errores.
- Puntero AU-4 (Unidad administrativa): La carga útil (VC-4) no se encuentra en una situación de fase ajustada en comparación con la trama (entramado dinámico) y el puntero da la situación de la carga útil en comparación con la trama. Podemos igualar la diferencia de fase y la tasa entre VC y la carga útil con un cambio en el puntero.
- AU-4 PTR (puntero): Apunta al primer byte de la trama VC-4 (byte VC-4 POH J1).
La trama STM se transmite en serie continua: byte por byte y fila por fila.
Un flujo de señal PDH de 140 Mbps se puede asignar directamente a la trama VC-4.
Los principales parámetros del marco son los siguientes:
Tiempo de fotograma: 125 µs
El marco consta de 9 filas y 270 bytes por filas.
9 x 270 x 8 x 8000 = 155520 000 bits por segundo
| | + + fotograma / seg (tiempo de fotograma: 125 µs)
| | |
| | + un byte = 8 bits
| hay + 270 bytes seguidos
+ número de filas en el marco
La trama consta de 2430 bytes (octetos).
La carga útil consta de 2349 bytes (octetos).
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La sobrecarga consta de 81 bytes (octetos).
Las características anteriores de la jerarquía SDH para la transmisión la hacen más adecuada para los medios de transmisión de alta velocidad y gran ancho de banda para una comunicación de larga distancia confiable y sincrónica.
# 2) Conmutación de paquetes
La conmutación de paquetes es un tipo de proceso de conmutación en el que los datos se envían en una red en forma de paquetes.
La gran parte de los datos se divide en primer lugar en pequeños datos de longitud variable llamados paquetes. Luego, estos se envían a través de los medios de transmisión. En el extremo de destino, estos se vuelven a ensamblar y se entregan al host de destino.
En este método, no se requiere una configuración previa del enlace. La transmisión de datos es rápida y la latencia de transmisión es mínima. La conmutación de paquetes despliega la tienda y reenvía el procedimiento para enrutar los paquetes. Cada uno de los paquetes tiene una dirección de origen y de destino a través de la cual puede llegar al destino siguiendo varias rutas.
Si hay congestión en cualquier nivel de salto, el paquete seguirá una ruta diferente para llegar al destino. Si el receptor descarta los paquetes de datos, se pueden volver a transmitir.
La conmutación de paquetes es de dos tipos, es decir Conmutación orientada a conexión y sin conexión .
(yo) Conmutación sin conexión : En la transmisión de video, juegos en línea, TV en línea, Internet, etc., la conmutación de paquetes sin conexión se usa como si algunos de los paquetes se perdieran durante la transmisión, no afecta mucho a los datos generales.
(ii) Conmutación orientada a la conexión : En la transmisión de datos y facturas, se utiliza la conmutación de paquetes orientada a la conexión.
IPV4 e IPV6 son algunos tipos comunes de métodos de conmutación de paquetes.
Topologías de red WAN
Hay varios tipos de topologías de red que se utilizan en los sistemas de redes. Sin embargo, los que se utilizan con más frecuencia para fines WAN son las topologías de anillo dual y de malla.
Dado que los sistemas WAN están situados físicamente a cientos de kilómetros de distancia, es muy importante que funcionen principalmente con la metodología de enlace de protección para evitar una gran interrupción en caso de avería de algún medio o fallo del dispositivo.
Por lo tanto, se implementa la topología de anillo dual, donde cada dispositivo de red del host está conectado a través de otro aprovisionamiento conectado por último con el primero en ambas direcciones. Por lo tanto, en caso de cualquier corte de fibra o falla del dispositivo, el flujo de datos se realiza a través del enlace de protección manteniendo la red activa.
Es rentable y el cambio es muy rápido. Se utiliza principalmente en sistemas de redes de telecomunicaciones.
En una topología de malla, cada nodo está conectado entre sí con una topología punto a punto. Se utiliza para volúmenes de tráfico más altos, como en las empresas multinacionales de software. Con la topología de malla, es fácil cubrir grandes áreas y la identificación y restauración de fallas también son fáciles. Ofrece un enfoque más flexible para las reconfiguraciones.
Componentes del modelo de diseño básico
Los componentes del modelo de diseño básico en la red WAN incluyen:
- Lo primero es generar la topología de la red según el escenario dado de la arquitectura de la red. Hemos discutido las topologías adecuadas para la red WAN en el segmento anterior. Intente elegir uno de ellos, ya que jugará un papel importante en una buena solución de diseño.
- Después de seleccionar la topología, enrute el tráfico al destino de acuerdo con el algoritmo de enrutamiento más adecuado.
- La siguiente tarea es determinar el tráfico entrante y saliente en cada uno de los nodos de la red. Se utilizan varios tipos de fórmulas matemáticas para determinar el tráfico. Después de la estimación del tráfico, determine la capacidad de cada enlace y asigne la capacidad a cada nodo y enlace en consecuencia.
- Ahora en el siguiente nivel, tenemos que identificar los tipos de retraso en la red y verificar los puntos de retraso. Además, tome medidas y utilice dicha metodología, donde podamos minimizar el retraso tanto como sea posible. El mínimo es el retraso, entonces lo mejor será la solución de red. Los retrasos más comunes incluyen retrasos en el enrutamiento y las colas.
- Verifique la confiabilidad del modelo de red aplicando varias pruebas y cargando a la capacidad total de la red. Si la red funciona bien, entonces es un buen enfoque; de lo contrario, cambie el enfoque.
- Después de realizar todas las pruebas adecuadas y completar todo tipo de actividades de diseño de red, finalmente calcule el costo del modelo de red. La utilización óptima de los elementos de la red es fundamental. Para agregar, el costo debe estar en el presupuesto sugerido por el cliente.
Ejemplos en vivo de redes WAN
A continuación se enumeran algunos ejemplos EN VIVO de redes WAN.
Ejemplo 1:
Sistema de reservas de ferrocarriles indios: El sistema de reservas del ferrocarril indio que mantiene el IRCTC es un ejemplo de red WAN. La red de fibra óptica de proveedores de medios como RAILTEL, BSNL y TATA se utiliza con enlaces STM-4, STM-16 de alta velocidad y ancho de banda para la conectividad.
Como el enlace STM proporciona una transmisión segura, sincrónica y rápida a lo largo de cientos de kilómetros, se implementa en el sistema de reservas y conecta todo el país en una red.
Ejemplo 2:
Red UP-SWAN: La red de área estatal del gobierno de la UP es un ejemplo de diseño de red WAN que conecta todos los distritos y ciudades del estado con tres distritos de nodos centrales: Lucknow, Gorakhpur y Varanasi, respectivamente, y conecta cada nodo central entre sí con el enlace STM-16. que funciona en la topología de anillo doble.
Como los nodos centrales están conectados directamente entre sí, cualquier dato, voz o video se puede intercambiar entre ellos fácilmente en tiempo real. Además, los enlaces funcionan en la ruta principal y de protección. Entonces, si la fibra se corta entre cualquiera de ellos, entonces la red estará activa y los datos con el flujo por el enlace de soporte.
Todos los demás distritos y ciudades que también están conectados con enlaces STM y DS3 de baja capacidad a sus respectivos nodos centrales de acuerdo con la región a la que pertenecen. UP-SWAN es una red en vivo y es mantenida por tecnologías HCL y el Centro Nacional de Informática (NIC).
Ejemplo 3:
Software de red MNC: Las personas que trabajan en el campo del software y la tecnología de la información también utilizan la red WAN para la conectividad entre las oficinas centrales y las oficinas regionales para compartir datos y colocarlos en el servidor centralizado como una herramienta de prueba de software o cualquier otra herramienta que pueda ser accesible para los hosts finales. según los derechos otorgados por los administradores de TI.
La organización puede conectarse a través de enrutadores y conmutadores y utilizar la conmutación de paquetes en lugar de la conmutación de circuitos como tecnología de transmisión.
Como solo intercambian datos, imágenes o videos entre el origen y el destino y no la voz, no es necesario gastar dinero en enlaces STM. Pueden utilizar tecnologías IPV4 o IPV6, que es la última y famosa entre el campo del software para la conectividad.
Diseño WAN para conectividad de múltiples oficinas
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El diagrama anterior muestra el diseño de WAN para la conectividad de la oficina central, es decir, la ubicación central de una oficina con sus oficinas finales regionales y remotas. La ubicación de la oficina regional puede ser una gran ciudad y, a su vez, varios distritos pueden conectarse con ella. Mientras que la oficina del sitio remoto es un sitio u oficina de ubicación particular.
Si la cantidad de ubicaciones de sitios remotos que se conectarán es solo de unos pocos cientos, entonces no necesitamos usar el enrutador para ello, pero si el recuento de sitios es de miles, entonces definitivamente necesitamos un enrutador con enlaces WAN de alta velocidad.
Diseño de WAN de extremo remoto: El proceso de diseño del extremo remoto es sencillo. Solo necesitamos un enrutador y un interruptor en el extremo remoto.
El conmutador está conectado con el dispositivo final, como una PC o un servidor. Para la conectividad entre el enrutador y el conmutador, utilizamos un enlace Ethernet de alta velocidad conocido como Gigabit Ethernet que proporciona la velocidad de 1 gigabit.
Usamos un enlace DS3 simple para la conectividad entre la PC y el conmutador, ya que no hay carga de enrutamiento de datos en estos dos dispositivos. Simplemente funcionan en la capa 1 y la capa 2. El enlace DS3 proporciona la velocidad de 45 Mbps. No es necesario un enlace de protección en este nivel.
Regional WAN Design: La conectividad entre el enrutador 1 ubicado en un sitio remoto y el enrutador 2 ubicado en la oficina regional se realiza con alta velocidad y alto ancho de banda STM-4 de ancho de banda de provisión de doble enlace 601.3 Mbps.
El enlace dual implica que se establecen dos enlaces STM-4 entre ellos para proporcionar redundancia. Si algún enlace falla por alguna razón, el otro se hará cargo de la carga y la conectividad permanecerá viva.
Una vez más, se utiliza un enlace Gigabit Ethernet para conectar el enrutador al conmutador. En este nivel, dos conmutadores que funcionan en modo maestro y esclavo y proporcionan redundancia a la red se utilizan para la conectividad. Estos dos están conectados entre sí mediante un cable de conexión en el puerto Ethernet, que proporciona un enlace de alta velocidad.
El enrutador está conectado con ambos interruptores. El diseño se realiza teniendo en cuenta que si debido a un tráfico intenso o cualquier otra falla, si un interruptor deja de funcionar, el flujo de datos continuará a través de otro interruptor. Los dispositivos finales están conectados con un conmutador con un enlace DS3.
Diseño de WAN de ubicación central: En la ubicación central, se implementan escenarios de conectividad de doble enlace y enrutador dual. Como la ubicación central de la empresa tiene un tráfico enorme, se utilizan dos enlaces STM-16.
Tenga en cuenta aquí que el enlace STM se basa en fibra de medios alquilada y que siempre debemos alquilar medios para la conectividad del mismo enlace con dos proveedores de medios diferentes. Del mismo modo, tome un medio de RAILTEL u otro de TATA, y al hacer esto, haremos que nuestra red sea más reacia y eficiente.
De nuevo, se utiliza un diseño de conmutador doble y ambos enrutadores están conectados con ambos conmutadores en el enlace Ethernet. Los servidores y las PC están conectados a través de un conmutador en los enlaces Ethernet y DS3 respectivamente.
Flujo de tráfico: El usuario final en el extremo remoto desea enviar información en forma de datos al sitio central de la oficina. Aquí, el interruptor en el extremo remoto dirigirá los datos al enrutador para su transmisión hacia la oficina central.
El enrutador 1 enrutará los datos a través del enlace STM al enrutador 3, sin pasar por el enrutador intermedio 2. Ahora los datos se entregan al host de destino con la ayuda de un conmutador mientras realiza el ARP y proporciona la dirección MAC de destino del receptor.
El caso de la falla del enlace: Como se muestra en la figura anterior, si falla un enlace entre el enrutador 1 y el enrutador 2, el tráfico fluirá a través del enlace de protección.
De la misma manera, en la ubicación central, si el Switch 3 no puede entregar los datos a un receptor o si está ocupado, entonces los datos se enrutan a través del Switch 4 ya que ambos están conectados entre sí. Por lo tanto, la falla del enlace o del dispositivo en cualquier extremo no afectará el rendimiento general de la red.
Conclusión
Hemos aprendido sobre los conceptos básicos de diseño de las redes WAN junto con la importancia de los enlaces SDH en el diseño WAN. Aquí también se explican ejemplos en vivo de sistemas que utilizan tecnología WAN para sistemas de red.
Al ser un probador de software, es importante comprender la importancia de los enlaces STM de alta velocidad y gran ancho de banda en el campo del software y la tecnología de la información. El sistema de comunicación se ha vuelto más confiable, rápido y rentable usando sistemas WAN.
También hemos analizado la estructura de diseño de WAN para la conectividad de múltiples oficinas en la red a través de un ejemplo simple.
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