Evitando Futuros Problemas Aplicando O Modelo Hierárquico de Rede (Importante!)

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Atualmente é muito comum encontrarmos redes desorganizadas, com problemas que nem os administradores sabem direito o que está ocorrendo.  A organização da rede é fundamental para um bom funcionamento e uma boa administração. Quando aplicamos o modelo hierárquico de rede, evitamos diversos problemas futuros. Uma rede hierárquica facilita o gerenciamento e seu futuro crescimento. Além disso, os problemas são resolvidos mais rapidamente. Neste artigo, serão apresentados diversos outros benefícios.

O Modelo Hierárquico de Rede

O design de rede hierárquico é tipicamente formado por três camadas: acesso, distribuição e núcleo. Cada camada tem funções específicas, ou seja, elas separam as várias funções existentes em uma rede. O modelo hierárquico tem o design de rede modular, facilitando a escalabilidade e o desempenho. Segue um exemplo de um design de rede hierárquico de três camadas:

Camadas do Modelo Hierárquico de Rede

Figura 1 – Camadas do Modelo Hierárquico de Rede

Camada de acesso

  • A camada de acesso faz conexão com dispositivos finais, como computares, impressoras e telefones VOIP entre outros.
  • Podemos encontrar na camada de acesso, equipamentos presentes, tais como, roteadores, switches, bridges, hubs e pontos de acesso wireless (AP).
  • Além de ser um meio de conectar dispositivos à rede, tem como objetivo controlar quais possuem permissão de comunicação.

Camada de Distribuição

  • A camada de distribuição faz a ligação da camada núcleo com a camada de acesso. Agrega os dados recebidos dos equipamentos da camada de acesso antes de serem transmitidos para a camada núcleo.
  • Através de políticas e domínios de broadcast, a camada de distribuição controla o fluxo do tráfego da rede. As redes locais virtuais (VLANs) são definidas na camada de acesso e permitem segmentar o tráfego de um switch em sub-redes separadas. Com isso, é na camada de distribuição que ocorre o roteamento entre VLANs.
  • Para assegurar a confiabilidade, os switches da camada de distribuição costumam ser equipamentos de alto desempenho e disponibilidade.

Camada de núcleo

  • A camada núcleo é o backbone da rede no design hierárquico e pode se conectar a recursos de internet. Com isso, é importante que o núcleo tenha equipamentos robustos e ofereça redundância e disponibilidade. Ela também é essencial para interconectividade entre dispositivos da camada de distribuição.
  • O núcleo agrega o tráfego de todos os dispositivos da camada de distribuição. Com isso, ele deve ser capaz de encaminhar grandes quantidades de dados rapidamente.

Diâmetro da rede

O diâmetro da rede é muito importante durante a criação de uma topologia hierárquica, pois representa a medida da distância, considerando o número de dispositivos que um pacote precisa percorrer, antes de chegar até o seu destino final. O aumento do diâmetro, consequentemente, aumentará a latência da rede, com isso devemos sempre planejar redes com diâmetro baixo.

Diâmetro da rede

Figura 2 – Diâmetro da rede

Na figura 2, PC1 envia um pacote para PC2. Observe que o pacote precisa percorrer até seis equipamentos de rede para chegar no destino final. Com isso, o diâmetro da rede é 6 e cada switch no caminho influência no grau de latência.

Benefícios de uma rede hierárquica

Existem diversos benefícios associados aos designs de rede hierárquica como:

Escalabilidade

As redes hierárquicas podem ser expandidas com facilidade, permitindo replicar elementos de design, na medida em que a rede cresce. Devemos crescer a rede de forma horizontal, sem prejudicar o diâmetro, ou seja, na camada de acesso e distribuição, quando adicionamos um switch, conectamos sempre com equipamentos de outra camada. Quando conectamos dois ou mais switches na mesma camada, consequentemente, aumentamos o diâmetro da rede. Observe na figura 2 que,  quando implementamos corretamente um switch na camada de acesso, o diâmetro da rede não muda. Porém, caso esse novo switch fosse conectado com algum outro da camada de acesso, o diâmetro seria alterado.

Redundância

À medida que a rede cresce, a disponibilidade se torna cada vez mais essencial. Nas redes hierárquicas, utilizamos sempre mais de um equipamento nas camadas núcleo e distribuição, fornecendo redundância, no caso de um dos equipamentos falharem.

Para assegurar a redundância, os switches da camada de acesso são conectados a dois switches da camada de distribuição. Os switches da camada de distribuição também são conectados a dois ou mais equipamentos da camada núcleo.

Na camada de acesso a redundância é limitada, pois os equipamentos finais (PCs, impressoras e telefones IP) não têm a capacidade de se conectar a vários switches. Caso ocorra uma falha em um dos switches da camada de acesso, somente os equipamentos finais conectados a ele, param de funcionar. O restante da rede continuaria funcionando normalmente.

Desempenho

O alto desempenho dos switches das camadas núcleo e distribuição permitem executar suas operações em velocidades muito altas, com taxas de transmissão próximas ao máximo suportado. Os dados agregados da camada de acesso são enviados para a camada de distribuição que utiliza suas funções, através de switches de alto desempenho, para encaminhar o tráfego até o núcleo, onde é roteado até seu destino final.

Segurança

As redes hierárquicas facilitam o gerenciamento e aprimoramento da segurança. Na camada de acesso podemos realizar configurações de segurança de porta nos switches, fornecendo controle sobre quais dispositivos têm permissões de acesso à rede. Na camada de distribuição temos a flexibilidade de aplicar políticas de segurança mais avançadas, definindo quais protocolos de comunicação são implantados na rede.

Gerenciabilidade

Gerenciar uma rede hierárquica é muito mais simples. Cada camada do design tem funções específicas na rede. Com isso, é muito mais fácil alterar a funcionalidade ou implementar novos equipamentos na rede. As configurações de switch podem ser copiadas e pouquíssimas modificadas, pois eles devem executar as mesmas funções em sua camada.

Sustentabilidade

A modularidade das redes hierárquicas torna o cenário mais econômico, pois a utilização de switches de alto desempenho acontece somente nas camadas de distribuição e do núcleo. Na camada de acesso podemos implementar switches mais baratos e, de acordo com o crescimento da rede, o impacto financeiro será menor.

Conclusão

Os diversos benefícios citados no artigo mostram que uma rede organizada facilita muito o trabalho dos administradores de rede. As redes hierárquicas por natureza, ajudam na escalabilidade, fazendo com que novos equipamentos possam ser implementados sem dificuldade, facilitando a gerenciabilidade da rede. Vimos que, nas redes hierárquicas podemos economizar equipamentos de alto desempenho, por se tratar de um modelo onde as funções dos switches são diferentes em cada camada. Podemos evitar problemas futuros e resolve-los com mais facilidade, sempre que a rede for organizada e tiver o modelo hierárquico aplicado corretamente.

Referências

Cisco Networking Academy. CCNA Exploration 4.0 – Comutação de rede local e sem fio.

Thiago C. Póvoa

Formado em Gestão da Tecnologia da Informação. Busca, através do blog, colaborar com profissionais da área, compartilhando conhecimento. Iniciou sua carreira em um provedor de internet, especialista em serviços de telecomunicações, onde obteve bastante experiência em Administração de Redes.