Redes Jerárquicas y Escalables

Una red profesional no se diseña al azar. El modelo jerárquico divide la red en capas con responsabilidades claras, facilitando la escalabilidad, el mantenimiento y la resolución de problemas.

Modelo jerárquico de tres capas

graph TB
    subgraph Core["Core Layer"]
        C1[Core Router/Switch]
    end
    subgraph Distribution["Distribution Layer"]
        D1[Distribution SW1]
        D2[Distribution SW2]
    end
    subgraph Access["Access Layer"]
        A1[Access SW1]
        A2[Access SW2]
        A3[Access SW3]
    end
    C1 --- D1
    C1 --- D2
    D1 --- A1
    D1 --- A2
    D2 --- A2
    D2 --- A3

Core Layer (Núcleo)

La columna vertebral de alta velocidad. Conecta las capas de distribución y mueve la mayor cantidad de tráfico a la mayor velocidad posible.

Característica	Descripción
Velocidad	Máxima (10 Gbps+, 40 Gbps+)
Función	Transporte puro, switching rápido
NO hace	Filtrado,ACLs, QoS complejo, enrutamiento lento
Dispositivos	Routers de alta gama, Nexus, Catalyst 9500

Regla de oro: el Core solo mueve paquetes. Si necesitas filtrar o procesar, no es Core.

Distribution Layer (Distribución)

La capa de resumen y políticas. Agrega los enlaces de Access y aplica políticas (QoS, ACLs, filtrado, enrutamiento entre VLANs).

Característica	Descripción
Velocidad	Alta (1 Gbps – 10 Gbps)
Función	Resumen de rutas, políticas, L3 routing
Hace	Enrutamiento inter-VLAN, ACLs, QoS, DHCP relay
Dispositivos	Catalyst 3850/9300, routers con switching

Access Layer (Acceso)

Donde los hosts se conectan a la red. switches de acceso con puertos de 1 Gbps para PCs, teléfonos, APs, impresoras.

Característica	Descripción
Velocidad	100 Mbps – 1 Gbps por puerto
Función	Conexión de endpoints
Hace	VLANs, Port Security, BPDU Guard, PoE
Dispositivos	Catalyst 2960, 9200, puertos de acceso

Modelo colapsado (Core/Distribution)

En redes pequeñas y medianas, las capas Core y Distribution se combinan en una sola. Es el caso más común en edificios de oficinas.

graph TB
    subgraph Core-Dist["Core/Distribution"]
        R1[Router/Core SW]
    end
    subgraph Access["Access Layer"]
        A1[SW1]
        A2[SW2]
        A3[SW3]
    end
    R1 --- A1
    R1 --- A2
    R1 --- A3

• Un solo dispositivo hace routing, QoS, ACLs y connectividad al ISP.
• Los switches de acceso se conectan directamente a este equipo.
• Es el escenario del edificio de un piso en los ejercicios de esta guía.

Hardware de switching

ASICs (Application-Specific Integrated Circuits)

Chips diseñados exclusivamente para switching. A diferencia de un router que usa CPU general, un switch usa ASICs para procesar tramas a velocidad cableada.

• No ejecutan IOS como los routers; usan firmware especializado.
• Velocidad de switching: millones de paquetes por segundo (pps).
• No son programables (a diferencia de switches SDN).

TCAM (Ternary Content-Addressable Memory)

Memoria especializada que busca en paralelo múltiples entradas en un solo ciclo de reloj. Se usa para:

Tabla	Uso
MAC address table	Forwarding de tramas L2
ACL CAM	Evaluación de ACLs
QoS CAM	Clasificación de tráfico
Routing CAM	Tabla de enrutamiento CEF

• Un TCAM típico tiene 256K–1M entradas de 160–320 bits.
• Si la tabla TCAM se llena, el dispositivo puede funcionar en software fallback (mucho más lento).

CEF (Cisco Express Forwarding)

Mecanismo de forwarding en hardware que pre-calcula la tabla de enrutamiento FIB (Forwarding Information Base) y la tabla adjacency.

graph LR
    A[CPU: Routing<br>calcula FIB] --> B[FIB<br>tabla de forwarding]
    A --> C[Adjacency<br>tabla de next-hop]
    B --> D[ASIC: hardware<br>forwarding]
    C --> D

• FIB: tabla de forwarding derivada de la tabla de routing (RIB).
• Adjacency table: next-hop MAC addresses pre-calculadas.
• Sin CEF: el router busca en la tabla de routing por cada paquete (lento).
• Con CEF: el ASIC busca en FIB/Adjacency y procesa a velocidad cableada.

R1(config)# ip cef           # Habilitar CEF (viene habilitado por defecto)
R1# show ip cef              # Ver tabla FIB
R1# show ip cef exact-route 10.0.0.1 10.0.0.2  # Ruta exacta de un paquete

Diseñar una red escalable

Principios clave

1. Modularidad: dividir en bloques funcionales (pisos, departamentos).
2. Redundancia: doble enlace entre capas (EtherChannel, STP).
3. Resumen: las rutas se resumen en Distribution, no en Access.
4. Separación: datos, voz y gestión en VLANs separadas.
5. Documentación: topología, IPs, cambios.

Ejemplo: red de un edificio de 3 pisos

graph TB
    subgraph Piso3["Piso 3 - Oficinas"]
        SW6[SW6 - Acceso]
    end
    subgraph Piso2["Piso 2 - Oficinas"]
        SW4[SW4 - Acceso]
        SW5[SW5 - Acceso]
    end
    subgraph Piso1["Piso 1 - Recepción + IT"]
        SW1[SW1 - Acceso]
        SW2[SW2 - Acceso]
        SW3[SW3 - Acceso]
    end
    subgraph Core["Core/Distribution"]
        R1[R1 - Core]
        R2[R2 - Core]
    end
    R1 --- R2
    R1 --- SW1
    R1 --- SW4
    R2 --- SW2
    R2 --- SW5
    R1 --- SW6
    R2 --- SW3

• Cada piso es un bloque de acceso independiente.
• R1 y R2 son Core/Distribution con HSRP para redundancia.
• Las VLANs se mapean por función (10=datos, 20=voz, 30=WiFi, 99=gestión).

Verificación de hardware

SW1# show version                              # Modelo, memoria, ASICs
SW1# show platform                             # Información del hardware
SW1# show mac address-table                     # Tabla MAC (CAM)
SW1# show interfaces counters                   # Contadores de tráfico
SW1# show processes cpu history                  # Uso de CPU历史
SW1# show tcam utilization                      # Uso de TCAM