Módulo 5: Fundamentos de Redes IP

Módulo 5: Redes de Ordenadores - Fundamentos de Redes IP

• El módulo aborda redes de ordenadores, enfocándose en fundamentos de Redes IP.
• El tema 9 se centra en centros de datos y arquitecturas de red de altas prestaciones.
• El curso es 2024/25
• Presenta información sobre el Máster de Formación Permanente en Ingeniería de Producción y Explotación de Contenidos.

Contenido

• Se proporciona una introducción a los Centros de Datos (CdD).
• Se analizan componentes de los CdD.
• Se revisan las normativas relacionadas con los CdD.
• También se incluyen ejemplos de arquitecturas de red en CdD.
• Se estudian las arquitecturas Leaf & Spine y VXLAN.

Aplicaciones Telemáticas Actuales

• Las aplicaciones telemáticas actuales exhiben una alta complejidad.
• Predominan las aplicaciones basadas en tecnologías web.
• Un gran número de usuarios accede a una gran cantidad de información.
• Las comunicaciones son esenciales en las aplicaciones.
• Los usuarios requieren alta calidad, eficiencia, fiabilidad y seguridad.
• Las prestaciones deben ser suficientes y las infraestructuras necesarias para soportarlas.
• Las redes de comunicación y los centros de datos son esenciales para esta actividad.

Centro de Datos (CdD)

• Un CdD es una instalación que alberga sistemas informáticos y componentes asociados, como telecomunicaciones y sistemas de almacenamiento.
• Generalmente incluye sistemas de alimentación redundantes, conexiones redundantes de comunicaciones de datos, controles ambientales y dispositivos de seguridad.
• Un CdD es una instalación especializada diseñada para hospedar, administrar y soportar recursos informáticos críticos para una o más organizaciones.
• También conocido como Centro de Proceso de Datos (CPD).

Necesidad de Centros de Datos

• Las aplicaciones demandan cada vez más recursos de computación, red y almacenamiento.
• Existe una tendencia creciente a migrar aplicaciones y equipos desde centros de datos pequeños/medianos a centros de datos grandes.
• Los centros de datos proporcionan mayor escalabilidad, economía de escala, mayor fiabilidad, mejor conectividad con los proveedores y facilidad de gestión.

Evolución TI

• La segmentación basada en grupos de trabajo, la velocidad limitada de WAN y los servicios que residen en servidores cercanos a los clientes son aspectos clave en la evolución de las TI.
• La centralización de servidores permite un mejor acceso remoto y gestión de recursos informáticos.

Ventajas CdD Compartidos

• En un entorno sin computación en nube, los CdD pueden tener un uso ineficiente de capacidades y un desperdicio de recursos.
• La computación en nube permite una reducción de inversiones iniciales y un ajuste dinámico de las capacidades según las necesidades.

Computación en la nube (Cloud Computing)

• No existe un consenso en la definición de computación en nube, pero según el NIST se define como un modelo para habilitar acceso ubicuo, conveniente y bajo demanda a un conjunto compartido de recursos informáticos configurables.
• Estos recursos (redes, servidores, almacenamiento, aplicaciones y servicios) pueden provisionarse y liberarse rápidamente con poco esfuerzo de gestión o interacción con el proveedor.
• La computación en nube presenta la tecnología de la información (TI) como un servicio más (utilidad).

Computación en la Nube: Características

• Los servicios están disponibles bajo demanda (autoservicio).
• Los servicios se proporcionan automáticamente sin intervención humana.
• El acceso se realiza a través de la red.
• Los dispositivos pueden ser de diferentes tipos.
• Los recursos son compartidos (Resource pooling).
• Los recursos se adaptan a las necesidades de los usuarios de forma rápida.
• El uso de recursos se mide, controla e informa, tanto al cliente como al proveedor.
• El pago se realiza por el uso (pay-per-use).

Modelos de Servicio

• Se describen los modelos de servicio de Infraestructura como Servicio (IaaS), Plataforma como Servicio (PaaS) y Software como Servicio (SaaS).

Componentes de un Centro de Datos

• Los CdD están compuestos por equipos, como servidores, almacenamiento, nodos de comunicaciones.
• Hay infraestructuras básicas necesarias para el correcto funcionamiento, incluyendo electricidad, refrigeración y sistemas de seguridad.
• El correcto funcionamiento de un CdD requiere una inversión bien equilibrada en todos los aspectos.

Elementos de un CdD (I) y (II)

• Se detallan los componentes clave de un CdD, incluyendo servidores, conmutadores, racks, servidores "blade", fuentes de alimentación y otros componentes compartidos, como switches Ethernet.

Uso Extensivo de Virtualización

• Se describe un diagrama sobre el uso extensivo de virtualización, incluyendo máquinas virtuales, servidores ESX y SAN.

Virtualización de Servidores

• La virtualización de servidores ofrece ventajas, incluido un ahorro en equipos y energía.
• Se pueden utilizar servidores de forma más eficiente al compartirlos en entornos virtuales.

Elementos de un CdD (III)

• Se mencionan equipos de comunicaciones como conmutadores, encaminadores y firewalls, y la importancia de las velocidades de proceso (10 Gbps).

Balanceo de Tráfico

• El balanceo de tráfico tiene como objetivo distribuir el tráfico entre múltiples recursos, optimizar el uso, maximizar el rendimiento y evitar la congestión.
• Se usan técnicas como intra-CdD, inter-CdD, round-robin DNS, LSNAT, túneles y direct routing.

Servidores Virtuales

• Se describe la construcción de servidores virtuales usando balanceadores de tráfico y granjas de servidores heterogéneos, ocultando la complejidad a los clientes.

Balanceo de Carga Basado en DNS

• Se da un caso de estudio sobre el acceso a twitter.com con una consulta de DNS sucesiva.
• Se muestra cómo se resuelven las peticiones a los servidores web mediante un algoritmo round-robin.

Caso de estudio: Twitter

• Se analiza cómo los servicios de geolocalización se utilizan con direcciones IP públicas.
• Se muestra cómo se consultan los registros A para obtener la información y la dirección IP del servidor de Twitter.
• Se demuestra cómo consultar el DNS desde varias ubicaciones geográficas.

Tipos de Centros de Datos

• Se presentan los niveles de Tiers de Centros de Datos, describiendo la disponibilidad, componentes redundantes, etc.
• Los niveles de Tiers describen diferentes niveles de disponibilidad, redundancia y mantenimiento.

Ejemplos de Centros de Datos

• Se mencionan algunos ejemplos de centros de datos, como los de Google, CeSViMa y Barcelona Supercomputing Center.

Catedral Uspenski

• Un caso de estudio de un centro de datos en una catedral reformada en Finlandia.

Centros de Datos en Contenedores

• Los centros de datos en contenedores son una solución modular y transportable.
• Se presenta una alternativa donde se despliegan los centros de datos de forma rápida.

Curiosidades

• Se señalan características curiosas de algunos servidores y centros de datos, incluyendo ejemplos históricos de servidores de Google y un caso extraño de Microsoft.

Arquitecturas de Red en Centros de Datos

• Se presenta una descripción general de las arquitecturas de red en los centros de datos, incluyendo una estructura jerarquizada.

Red típica de un CdD

• Se detalla una topología de red típica de un centro de datos.
• Se describen los servidores, los conmutadores de nivel 3 y la agregación.

Ejemplo de Red de un CdD

• Describe una red típica de un CdD con tres niveles, incluyendo routers frontera, routers, switches de agregación, etc.

Problemas Arquitecturas Clásicas

• Se identifican problemas de sobresuscripción, cuellos de botella en la comunicación e importancia de los costes en los equipos del núcleo.
• Se destaca que un ratio de sobresuscripción excesivo puede ser un problema.

Problemas Arquitecturas Clásicas (II)

• Se indican problemas adicionales con la escalabilidad y la gestión de encaminamiento en CdD de arquitectura clásica.
• Problemas con el encaminamiento en red y su manejo con switches.

Algunas Mejoras Propuestas

• Se presentan mejoras a las arquitecturas clásicas, incluyendo Datacenter Fabrics, nuevas topologías de red y nuevas extensiones como VXLAN.

Datacenter Fabrics

• Se destaca la gestión integrada de los switches de un CdD como una solución a los problemas de arquitectura clásica.
• Se aborda la interconexión entre los equipos de una forma más eficiente.
• Se mencionan algunas soluciones comerciales disponibles.

Datacenter Fabrics (II)

• Se proporciona un ejemplo de Juniper QFabric.
• Se detalla la topología de esta propuesta con switches, conectores y un sistema operativo especializado.
• La topología permite una alta interconexión y redundancia.

Arquitectura Leaf & Spine

• Se comparan las arquitecturas clásicas con la topología Leaf & Spine.
• La arquitectura Leaf & Spine mejora la escalabilidad y el encadenamiento del tráfico.

Balanceo de Tráfico IP

• Se explica la técnica Equal-Cost Multi-Path (ECMP) para balancear de forma eficiente entre caminos de igual coste.
• Se discuten dos formas de balanceo: por paquete usando Round Robin y por flujo en función de diversas variables.

Topologías Leaf-Spine

• El diseño de topologías de red basada en Leaf-Spine mejora la eficiencia, conmutación y escalabilidad dentro del CdD.

VXLAN

• Se presenta una propuesta del IEEE para ampliar el espacio de identificadores de VLAN (24 bits adicionales).
• Se describe la encapsulación de tramas de nivel 2 sobre UDP para interconectar máquinas virtuales a través de redes IP.

Escenario VXLAN

• Se muestra un escenario de red virtualizada utilizando VXLAN para interconexión de máquinas virtuales.
• Se utilizan VLANes para separar las redes virtuales.

Este módulo se centra en los fundamentos de las redes de ordenadores, especialmente en las Redes IP. Se abordan temas como centros de datos, arquitecturas de red de alto rendimiento y normativas relacionadas. Además, se examinan aplicaciones telemáticas actuales y su complejidad.