El concepto de arquitectura de red hace alusión al diseño de una red de comunicaciones. Es decir, un marco para la especificación de los componentes físicos de una red y de su organización funcional y configuración, sus procedimientos y principios operacionales, así como los protocolos de comunicación utilizados en su desempeño. O, dicho de otra manera, es la forma en que los servicios y dispositivos de red se estructuran juntos para responder a las necesidades de conectividad o la infraestructura de TI utilizada para proporcionar conectividad entre usuarios, objetos y aplicaciones a través de una dirección llamada dirección IP.
Sobre este particular, hay que hacer un inciso puesto que dentro de las redes empresariales encontramos diferentes tipos de redes en función de su tamaño, ancho de banda y caudal, extensión y método de transmisión; o elementos que comunican o su alcance. Esta variedad hay que tenerla en cuenta a la hora de diseñar una nueva infraestructura porque una buena planificación supondrá un mejor funcionamiento. Y es que, anteriormente una red telefónica sólo podía emplearse para comunicarse por teléfono y una red informática para conectar dispositivos informáticos. Ahora una sola red es convergente, multifuncional, es decir, que puede utilizarse para diversas funciones. Pero si queremos que responda adecuadamente a todo lo que se la pide y que sea rentable, fácil de administrar y esté lista para crecer, hay que dedicar recursos y tiempo a la hora de esbozarla.
En este artículo te explicamos cuáles son las características que ha de tener una arquitectura de red, así como los modelos, ventajas e inconvenientes que entraña, entre otros aspectos.
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Características de la arquitectura de red
La configuración de una red informática requiere una serie de componentes de hardware para garantizar la conectividad y el buen funcionamiento de la red como router, conmutador, puntos de acceso inalámbrico, cables de red, firewall, servidores, inversores o sistemas de energía, paneles de conexión y patchbays y armarios de red.
Además, las redes informáticas poseen una arquitectura particular con características y propiedades, lo que se denomina topología de red. Una práctica mediante la cual un profesional de telecomunicaciones organiza la infraestructura física, virtual y lógica de una red TI antes de su instalación se lleva a cabo mediante la elaboración de planos y diagramas de red. Estos últimos son la base del proceso del diseño ya que proporcionan una representación visual de la red e integra información como conexiones físicas; cantidad, tipo y ubicación de todos los dispositivos y terminales; direccionamiento IP; y procesos y arquitectura de seguridad.
Cuando se crea una arquitectura de red de forma correcta, se aumenta la seguridad de todos los integrantes, permitiendo mejorar la optimización y el rendimiento de los componentes
No obstante, a la hora de construirla adecuadamente se han de tener en cuenta una serie de características fundamentales:
Tolerancia a fallos
Una red tolerante a fallos es aquella que limita el número de dispositivos que se ven afectados por errores, ya que Internet fallará a veces. Esta característica permite recuperarse rápidamente y utilizar múltiples rutas entre el origen y el destino, por lo que, si una falla, otra interviene.
Tanto las infraestructuras físicas como los procesos lógicos que direccionan los mensajes a través de la red están diseñados para adaptarse a esta redundancia.
Escalabilidad
Una red escalable significa que puede expandirse o ampliarse rápidamente para dar soporte a sus nuevos clientes y aplicaciones sin afectar al rendimiento del servicio que se entrega a los usuarios ya existentes.
Todos los días nuevos usuarios y proveedores de servicio se conectan a Internet, lo que permite que la capacidad de la red pueda admitir nuevas interconexiones, dependiendo del diseño jerárquico en capas que tiene la infraestructura física subyacente y la arquitectura de red lógica, permitiendo así una gestión eficiente de los recursos y una distribución equitativa de la carga de trabajo.
El funcionamiento de cada capa hace posible a los usuarios y proveedores de servicios introducirse, sin necesidad de causar alguna disrupción, en toda la red; incrementando las capacidades de transmitir el mensaje y el rendimiento de los componentes de la estructura física en cada capa.
Estos modelos en conjunto con los métodos para identificar y localizar usuarios individuales dentro de una internetwork (interconexión de varias redes de computadoras para formar una red más grande y compleja), permiten a Internet estar al tanto de la demanda de los usuarios.
Seguridad
Es otro de los parámetros fundamentales a la hora de configurar una arquitectura de red y, en los tiempos que corren, cada vez más decisivo. La seguridad se aborda tanto en la infraestructura de red propiamente como en la información que transporta, lo que significa que es necesario proteger físicamente una red y los datos que transmite. Además, la instalación de redes de telecomunicaciones debe cumplir con ciertos requerimientos por ley con el fin de contar con estructuras seguras y confiables. Así como proporcionar una confidencialidad de datos pues las redes interconectadas se emplean para el intercambio de información empresarial y de particulares que es crítica y confidencial. Una información que cada vez seduce más a los cibercriminales.
Internet ha tenido que evolucionar de ser una internetwork controlada sobre organizaciones educativas y gubernamentales a un medio accesible para la transmisión de comunicaciones comerciales y personales. Y eso impone un cambio en su diseño.
Calidad
Ni que decir tiene que la calidad de servicio es otro de los requisitos a considerar de las redes en el contexto actual multicloud. Los servicios deben ser confiables, medibles y, a veces, garantizados sin temor a que la calidad se vea comprometida, lo que incluye los controles para administrar el tráfico de red congestionado y el ancho de banda.
Así las cosas, para que una red tenga buena calidad en su servicio, establece prioridades.
Gestión de red
La gestión de la arquitectura de red da como resultado las funciones para controlar, planificar, asignar, implementar y coordinar los recursos de la red. También es el sistema que incluye a las otras prestaciones de la red, las controla y administra con el objetivo de que los datos de acceso y los flujos de datos se gestionen a través de ella.
En este apartado, los mecanismos de administración de red incluyen la supervisión y recopilación de datos, la instrumentación para acceder, transmitir, actuar y modificar los datos.
Estratificación en el diseño de red
La estratificación es un principio moderno de diseño de red que divide las tareas de comunicación en varias partes más pequeñas. Cada parte está realizando una subtarea particular e interactuando con otras partes en un pequeño número de formas bien definidas.
Este sistema permite que las partes de la red de comunicación se diseñen y prueben sin una explosión combinatoria de casos, manteniendo cada diseño relativamente simple.
La arquitectura de red proporciona únicamente un marco conceptual para las comunicaciones entre ordenadores. El modelo en sí no proporciona métodos específicos de comunicación, ya que la comunicación real se define por varios protocolos.
A la hora de definir una arquitectura de red se suelen emplear diagramas de red. Es decir, representaciones visuales o gráficos con una serie de iconos que representan distintos elementos de la infraestructura. Los símbolos de diagrama de red estándar y prefabricados son muy útiles para los ingenieros de redes cuando necesitan diseñar y demostrar su marco de trabajo.
Si un diagrama de arquitectura de red está abierto, ningún proveedor tendrá la tecnología y controlará su definición y desarrollo. Cualquiera será libre de diseñar hardware y software basado en esa arquitectura de red. Por ejemplo, Internet se basa en la arquitectura abierta TCP / IP y se adapta como una red estándar mundial.
Modelos de arquitectura de red
Topológicos
Se definen por ser simples y distribuir los ordenadores y componentes basándose en un área geográfica concreta. Es el caso de las redes LAN, MAN y WAN que centran su trabajo en límites físicos. O las redes core que se encargan mayormente de la operativa en la entrada de red.
Basados en el flujo de datos
Estudia la relación que hay entre dos ordenadores pertenecientes a la misma arquitectura de red, es decir, se analiza la red (P2P) de punto a punto, y la jerarquía que se tiene entre un cliente y el servidor. Intenta arreglar el máximo de todos los servicios que puedan aumentar el flujo de paquetes de datos entre los componentes.
Funcionales
Estos modelos son creados para mejorar las funciones de servicio que ya existen entre los diferentes niveles de la arquitectura de red. Se ocupan de la privacidad y de la seguridad, así como manejan todos los requerimientos que se presentan para analizar mejor los flujos de datos.
Combinados
Como su nombre indica es la fusión de todos o algunos de los modelos anteriores, presenta grandes beneficios a la hora de enriquecer las funciones, como también en el flujo de paquete de datos y la distribución geográfica.
Porqué es importante la arquitectura de red cliente servidor
Al hablar de arquitectura de red una de las nociones que suele salir a relucir es la arquitectura cliente – servidor. ¿Y qué se entiende por esto? Básicamente se trata de un modelo de diseño de software en el que las tareas se reparten entre los proveedores de recursos o servicios -llamados servidores-, y los demandantes -los clientes-. Un cliente realiza peticiones a otro programa, al servidor, quien le da respuesta. Esta idea también se puede aplicar a programas que se ejecutan sobre una sola computadora, aunque es más ventajosa en un sistema operativo multiusuario distribuido a través de una red de computadoras. Un ejemplo de aplicaciones que usen este sistema cliente/servidor son el correo electrónico, un servidor de impresión y la propia World Wide Web.
¿Por qué es importante? Pues porque ofrece beneficios tales como la centralización del control de forma que los accesos, recursos y la integridad de los datos son controlados por el servidor de forma que un programa cliente defectuoso o no autorizado no pueda dañar el sistema. Además, gracias a esta cualidad se facilita la tarea de poner al día datos u otros recursos.
A ello hay que añadir la escalabilidad al permitir aumentar la capacidad o mejorarla de clientes y servidores por separado; su fácil mantenimiento debido a que las funciones y las responsabilidades están distribuidas entre varios ordenadores independientes. Así, es posible reemplazar, reparar, actualizar o, incluso, trasladar un servidor mientras los clientes no se ven afectados por tal cambio. Dicha independencia de los cambios se denomina “encapsulación”.
Finamente podríamos indicar a día de hoy existen tecnologías suficientemente desarrolladas, diseñadas para este paradigma que aseguran la seguridad en las transacciones, la amigabilidad de la interfaz y la facilidad de empleo. Asimismo, en estas redes los demás clientes no tienen acceso a las IP dificultando el rastreo o hackeo de usuarios.
En otras palabras, una arquitectura cliente servidor aplicada de manera correcta hará posible navegar a través de la red con mucha más eficiencia y ahorrar una considerable cantidad de recursos.
Ventajas de la arquitectura de red
Las redes informáticas tienen la capacidad de compartir recursos entre los usuarios conectados (archivos, impresoras…) y esto disminuye los costes y aporta mayor eficiencia. Y también la de realizar una comunicación rápida y efectiva entre usufructuarios independientemente de su ubicación geográfica, lo que facilita la colaboración y toma de decisiones en tiempo real, optimizando la productividad. Así como el acceso a una amplia gama de información y servicios en línea, la compartición de conexiones a Internet, de conocimientos y recursos y la centralización de datos.
En este contexto, cabe citar como algunas de las ventajas de la arquitectura de red la eficiencia, escalabilidad, confiabilidad y automatización. No en vano, una solución de administración automatizada para dispositivos de seguridad y red ayuda a llevar a cabo varias tareas para realizar copias de seguridad y preservar configuraciones, lo cual es esencial para mantener las operaciones en funcionamiento.
Igualmente, podríamos resumir en cuatro grandes beneficios: acceso controlado a los recursos de la empresa, reducción de costes, mayor eficacia y productividad gracias a la colaboración y acceso a servicios remotos.
Inconvenientes de la arquitectura de red
Alguna de las desventajas de la arquitectura de red radica en que la compra de lo necesario para configurar dicha arquitectura puede ser costosa. Se requiere invertir en equipos, software y configuración inicial. A lo que se suman las labores de mantenimiento y actualización de la red que pueden generar gastos adicionales. Además de la dedicación de recursos y tiempo.
En este sentido, la adquisición de determinado equipamiento puede afectar a la robustez cuando se trata de servidores físicos individuales. Eso significa que también carece de independencia en algunos escenarios. La dependencia de proveedores externos tanto de servicios de internet como de equipos de red puede generar falta de control directo sobre ciertos aspectos de la red.
Y aquí podemos incluir otro inconveniente: la complejidad de gestión. Administrar una red informática puede ser complejo en tanto en cuanto precisa de conocimientos técnicos y personal capacitado para configurar, mantener y solucionar problemas de la red. Esto puede aumentar la carga de trabajo y los costes operativos.
Por otra parte, las redes informáticas requieren de una estructura sólida, incluyendo cables, routers, switches y otros componentes. Si alguno de estos fallara, puede dejar la red inoperativa. Por no hablar de los riesgos de interrupciones por un corte de energía…
Por último, los virus y el malware son amenazas constantes, ya que las infecciones pueden propagarse rápidamente por toda la red si no se contienen. De ahí que los problemas de privacidad y seguridad de los datos sean una preocupación de los arquitectos de red a la hora de configurar la infraestructura de forma adecuada. Si no se implementan medidas correctas, existe el riesgo de acceso no autorizado a la información confidencial. Algo que puede acarrear consecuencias graves.
Tipos de arquitectura de red
Ethernet
Este modelo permite que los dispositivos de red de datos cableados se comuniquen entre sí y, por lo tanto, forman una red e intercambian paquetes de datos. Una red de área local (LAN) se crea mediante conexiones Ethernet. Es la encargada de realizar el empaquetado y desempaquetado de datagramas, el manejo del enlace, la codificación y decodificación de datos y el acceso al canal.
Este estándar, que traducido al español sería Acceso Múltiple con Escucha de Portadora y Detección de Colisiones es más veloz y segura que una red Wi-Fi, pero tiene como limitaciones la distancia y la sensibilidad al ruido.
FDDI o fibra óptica
FDDI son las siglas en inglés de Fiber Distributed Data Interface o interfaz de datos distribuidos por fibra. Esta arquitectura de círculos conmutados para tráfico isócrono o asíncrono es una red de área local (LAN) de fibra óptica.
Cuenta con 16 circuitos de 6.1444 Mbps multiplexados y 96 canales separados de 64 Kbps por circuito. En estas redes, los dispositivos están conectados físicamente a uno de los anillos de contador de rotación o a ambos.
Admite un mayor número de estaciones sobre cada anillo paralelo- un máximo de 500 estaciones FDDI, utilizando una dirección de 45 bytes definida por la IEEE. Sin embargo, estas redes implican una inversión previa por parte del usuario.
Arquitectura de red Token Ring
Gracias a sus métodos de acceso de paso de testigo mediante el anillo, además de su cableado físico, permiten diferenciar unas redes Token Ring de otras.
Se trata de la implementación del estándar IEEE 802.5 y no requiere enrutamiento, por lo que sólo dependen de poca cantidad de cable.
ArcNet
La Attached Resource Computter NETwork se trata de una red de fácil instalación que posibilita diferentes configuraciones topológicas para adaptarse a las estaciones de trabajo de una empresa. Es como una red de caminos para transmitir información entre computadoras. Normalmente utiliza cable coaxial, aunque puede utilizar par trenzado. Puede adoptar topología física en estrella, bus o árbol, para ello utiliza concentradores activos o pasivos.
Emplea un método de acceso de paso de testigo en una topología de bus en estrella con una tasa de transmisión de 2,5 Mbps. ArcNet Plus, una sucesora de la ArcNet original, permite una tasa de transmisión de 20 Mbps.
La velocidad de transmisión rondaba los 2 Mbit, aunque al no producirse colisiones, el rendimiento era equiparable al de las redes Ethernet. No obstante, ante la bajada de precios de estas últimas empezaron a entrar en desuso y perder popularidad.
Su punto fuerte es la velocidad de transmisión. Su punto débil es que el cable necesario para esta conexión suele tener un precio muy elevado.
Anillo
En este tipo de arquitectura de red, cada estación tiene un receptor y un transmisor que funciona como repetidor y pasa la señal de una estación a la siguiente así que trabaja una doble tarjeta de red. Una tarjeta recibe, decodifica y procesa, mientras que la otra codifica, procesa y envía a la siguiente estación. Es una estructura que permite enlazar las máquinas de una red en cascada.
Una de sus ventajas es que cada computadora es independiente, lo que facilita detectar ordenadores que estén causando problemas en la red. Si alguna de las computadoras presenta un fallo en el comportamiento de la red, esta puede seguir sin problemas, gracias al control de tráfico centralizado. Sin embargo, en este modelo, es difícil diagnosticar y brindar mantenimiento apropiado si se presentan problemas.
Estrella
La red con arquitectura de estrella es la de uso más común. Hablamos de una red donde las estaciones están conectadas directamente a un punto o conmutador (switch) central y todas las comunicaciones tienen que hacerse a través de él. Si el cable se dañara o se desconectara un PC, sólo ese dispositivo quedaría fuera de la red, evitando daños o conflictos con otras estaciones.
Arquitectura de red BUS
Otra arquitectura de red es BUS, una topología de red en la que todas las estaciones están conectadas a un único canal de comunicaciones o cable común llamado bus mediante unidades de interfaz y derivadores. Estas estaciones utilizan este canal para comunicarse con el resto.
Su gran plus es su sencillez en la implementación y crecimiento y simplicidad en la arquitectura, debido a que solo es necesario conectar a un canal de comunicación central. En cambio, hay límite de equipos según la calidad de la señal y es una red que ocupa mucho espacio.
OSI: Interconexión de Sistemas Abiertos
La arquitectura de red de Interconexión de Sistemas Abiertos (OSI), desarrollada por la Organización Internacional de Normalización, es un estándar abierto para la comunicación en la red a través de diferentes equipos y aplicaciones por diferentes proveedores. Aunque no está ampliamente implementado, el modelo de capa OSI 7 se considera el modelo arquitectónico de red principal para las comunicaciones entre computadoras y entre redes.
AppleTalk y otros modelos de proveedores
AppleTalk Es un conjunto de protocolos desarrollados por Apple para la interconexión de redes locales. Fue incluido en un Macintosh Apple en 1984 y actualmente está en desuso en los Macintosh en favor de las redes TCP/IP.
Este sistema admite conexiones a otras redes AppleTalk a través de puentes y permite conexiones a diferentes redes a través de puertas de enlace. Además, asegura la transmisión de datos de misión crítica a través del empleo de seguridad de enlace prioritario y de respaldo.
Como ventaja asegura la transmisión de datos de misión crítica gracias a la posibilidad de emplear prioridades y la seguridad de enlaces de backup. Por el contrario, como inconveniente no resulta adecuada para redes muy grandes.
Además de esta iniciativa de la firma de la manzana, existen muchos otros de proveedores como NetWare de Novell, IBM SNA (Systems Network Architecture), Digital Equipment Corporation (DEC; ahora parte de HP) o DNA (Digital Network Architecture).
