¿Qué es la Redundancia en Redes?
La redundancia, también conocida como tolerancia a fallas, es una de las cuatro características fundamentales que los arquitectos de redes deben considerar para cumplir con las expectativas de los usuarios. Estas características son:
Tolerancia a fallas (redundancia)
Escalabilidad
Calidad de servicio (QoS)
Seguridad
Una red con tolerancia a fallas está diseñada para limitar el impacto de una falla en los dispositivos conectados. Su estructura permite una recuperación rápida ante cualquier incidencia, garantizando la continuidad del servicio.
Este tipo de redes se caracteriza por contar con enlaces o dispositivos redundantes. Si un enlace falla, existe otro capaz de redirigir la información hacia su destino sin afectar la experiencia del usuario. La redundancia puede implementarse en diversos dispositivos intermedios, como switches y routers, los cuales analizaremos a continuación para entender cómo se aplica esta técnica en cada caso.
Topología Lógica
El objetivo de esta topología es simular la estructura de red de una pequeña empresa que cuenta con un único enlace para conectarse con redes externas, como Internet u otras redes remotas.
Contexto
El objetivo de los usuarios de la pequeña empresa es acceder a un servidor web. Sin embargo, al existir un único enlace para conectarse con el servidor web, se genera un punto único de falla.
Los puntos únicos de falla son elementos críticos en la infraestructura que, en caso de fallar, pueden interrumpir las operaciones de la organización. Estos pueden ser:
Un componente específico de hardware.
Un proceso clave.
Un conjunto de datos críticos.
Un servicio esencial, como la conexión a Internet.
Objetivo
El objetivo es diseñar un sistema de alta disponibilidad que minimice el tiempo de inactividad en caso de que el punto único de falla genere una interrupción en las operaciones.
El hecho de que en este ejemplo se hable de un servidor web no es definitivo; solo se utiliza para simplificar la explicación.
Para lograr un sistema de alta disponibilidad, es necesario:
Eliminar puntos únicos de falla.
Proporcionar un crossover confiable.
Detectar fallas en tiempo real.
Además, es importante considerar otras características clave, como la redundancia N+1, para garantizar la continuidad del servicio.
Redundancia en la topología con cuatro switches
Para implementar redundancia, en mi opinión, es conveniente diseñar una topología en malla parcial o completa. Este enfoque garantiza múltiples rutas entre los switches, proporcionando alta disponibilidad y tolerancia a fallos.
Topología Lógica con redundancia
Como se puede observar, el punto único de falla ha sido eliminado. En el supuesto caso de que un enlace falle en cualquier router, existen dos enlaces adicionales capaces de redirigir el tráfico de manera eficiente. Además, se pueden apreciar algunos enlaces desactivados, lo cual es resultado del funcionamiento del protocolo STP (Spanning Tree Protocol), que evita la formación de bucles en la red.
Protocolos de redundancia en switches
Para implementar redundancia en dispositivos switch, es necesario utilizar el protocolo STP (Spanning Tree Protocol) o su versión mejorada, RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol). La implementación de estos protocolos es crucial porque, al crear enlaces redundantes, existe el riesgo de generar bucles en la red. STP garantiza que los enlaces físicos redundantes estén libres de bucles y que solo se active una ruta lógica entre todos los destinos de la red.
Pasos para implementar redundancia en la topología
Conectar e interconectar los dispositivos entre sí. Por ejemplo:
SW1: Conectado a SW2, SW3 y SW4.
SW2: Conectado a SW1, SW3 y SW4.
SW3: Conectado a SW1, SW2 y SW4.
SW4: Conectado a SW1, SW2 y SW3.
Verificar el estado del protocolo STP con el siguiente comando:
SWRoot#show spanning-tree
VLAN0001
Spanning tree enabled protocol ieee
Root ID Priority 32769
Address 0001.C7EA.C897
Cost 19
Port 3(FastEthernet0/3)
Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec
Bridge ID Priority 32769 (priority 32768 sys-id-ext 1)
Address 000C.CF3A.E411
Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec
Aging Time 20
Interface Role Sts Cost Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
Fa0/3 Root FWD 19 128.3 P2p
Fa0/1 Desg FWD 19 128.1 P2p
Fa0/2 Desg FWD 19 128.2 P2p
SWRoot#
- Configurar un switch como raíz: Este paso es crucial para optimizar la topología. El switch raíz debe seleccionarse en función de su capacidad o ubicación central. En este caso, SW1 será el switch raíz. Utiliza el siguiente comando en modo de configuración global:
SW1(config)#spanning-tree vlan 1 root primary
SW1(config)#
- Configurar los switches secundarios: Asigna prioridades a los demás switches para establecer una jerarquía. Por ejemplo:
SW2(config)#spanning-tree vlan 1 root secondary
SW3(config)#spanning-tree vlan 1 priority 28672
SW4(config)# spanning-tree vlan 1 priority 32768
- Verificar la configuración de STP: Utiliza el siguiente comando para confirmar que el protocolo STP está funcionando correctamente:
SW#show spanning-tree
Redundancia en Routers
Hasta ahora, hemos resuelto el punto único de falla en los dispositivos switches. Sin embargo, aún persiste un problema: solo contamos con un router capaz de redirigir el tráfico fuera de la red. Para garantizar una mayor confiabilidad, es recomendable que una empresa cuente con al menos un proveedor de servicios de respaldo (ISP secundario) en caso de que ocurra un incidente con el ISP principal.
Implementación de Redundancia en Routers
La redundancia en routers se puede implementar de manera similar a la de los switches, utilizando protocolos de redundancia. Supongamos que tenemos dos routers conectados a dos ISP diferentes. Podemos etiquetarlos como:
Router de envío: El router principal que maneja el tráfico en condiciones normales.
Router de reserva: El router secundario que entra en funcionamiento en caso de falla del principal.
Cada router está configurado con:
Una dirección IP física única.
Una dirección IP virtual compartida, que actúa como puerta de enlace predeterminada para los dispositivos finales.
Funcionamiento
Los dispositivos finales utilizan la dirección IP virtual como su puerta de enlace predeterminada. En caso de que el router de envío falle, el router de reserva toma el control automáticamente, garantizando la continuidad del servicio sin interrupciones.
El router de envío y el router de reserva utilizan sus direcciones IP físicas para enviar mensajes periódicos. El objetivo de estos mensajes es asegurarse de que ambos routers sigan en línea y disponibles. Si el router de reserva deja de recibir estos mensajes periódicos del router de envío, asume que este último ha fallado y toma automáticamente la función de reenvío. Mientras tanto, los dispositivos finales de la red continúan comunicándose con la dirección IP virtual del router, manteniéndose en línea sin interrupciones, ya que el router virtual ahora redirige el tráfico a través del router de reserva.
Topología Lógica de redundancia en Routers
192.168.126.126.Implementación en la Topología
Para implementar redundancia en routers, debemos seguir los siguientes pasos:
1. Configurar las interfaces de los routers
HQ-R1: Configurar la interfaz de red en
192.168.126.0/24.HQ-R2: Configurar la interfaz de red en
172.16.65.0/24.
Como se mencionó anteriormente, el router de reserva (HQ-R2) solo entrará en funcionamiento si el router de envío (HQ-R1) sufre algún inconveniente. Por lo tanto, la red a la que los dispositivos están conectados es 192.168.126.0/24.
2. Configurar HSRP en la subred 192.168.126.0/24
Para que HQ-R2 pueda actuar como router de reserva en la subred 192.168.126.0/24, debe tener una interfaz en esa subred. Esto se logra conectando un enlace a una interfaz del router y configurándola para que pertenezca a la red 192.168.126.0/24.
HQ-R2(config)#int g0/0/1
HQ-R2(config-if)#ip add 192.168.126.2 255.255.255.0
HQ-R2(config-if)#
3. Configurar el protocolo HSRP (Hot Standby Router Protocol)
Una vez que el router de reserva tiene una dirección IP en la misma subred que el router de envío, configuramos HSRP en ambas interfaces y establecemos la dirección virtual 192.168.126.126/24.
En HQ-R1 (Router de envío):
HQ-R1(config)#int g0/0/0
HQ-R1(config-if)#standby 1 ip 192.168.126.126
HQ-R1(config-if)#standby 1 priority 150
HQ-R1(config-if)#standby 1 preempt
HQ-R1(config-if)#
En HQ-R2 (Router de reserva):
HQ-R2(config)#int g0/0/0
HQ-R2(config-if)#standby 1 ip 192.168.126.126
HQ-R2(config-if)#standby 1 priority 100
HQ-R2(config-if)#standby 1 preempt
HQ-R2(config-if)#
4. Verificar la configuración de HSRP
Para verificar el estado de HSRP en cada router, ejecuta el siguiente comando:
HQ-R1#show standby
GigabitEthernet0/0/0 - Group 1
State is Active
4 state changes, last state change 01:01:13
Virtual IP address is 192.168.126.126
Active virtual MAC address is 0000.0C07.AC01
Local virtual MAC address is 0000.0C07.AC01 (v1 default)
Hello time 3 sec, hold time 10 sec
Next hello sent in 0.301 secs
Preemption enabled
Active router is local
Standby router is unknown
Priority 150 (configured 150)
Group name is hsrp-Gig0/0/0-1 (default)
5. Configurar rutas estáticas o dinámicas con protocolos como OSPF
Finalmente, es necesario configurar rutas estáticas o dinámicas utilizando protocolos como OSPF para garantizar que el tráfico se redirija correctamente a través de la red.