Redes Troncales y Alta Disponibilidad

Conceptos Básicos

1. Red Troncal (Network Backbone): Parte de la infraestructura de red que interconecta diferentes redes, como LANs y WANs.
2. POP (Point Of Presence): Infraestructura que permite a los usuarios remotos conectarse a Internet.
3. Objetivo de una Red Troncal: Conectar redes LAN y WAN, maximizando la confiabilidad y el rendimiento.
4. Control de Tráfico en una Red Troncal: La tabla de enrutamiento es la entidad responsable de controlar qué tráfico transita por la red troncal.
5. Red Troncal Distribuida: Utiliza un diseño jerárquico, donde múltiples dispositivos intermedios se conectan a dispositivos de conectividad únicos o múltiples.
6. Sistema de Alta Disponibilidad (HA: High Availability): Un sistema o componente que puede funcionar a alto nivel, de forma continua, sin intervención, durante un período determinado.
7. Elementos de un Sistema de Alta Disponibilidad: Redundancia y Failover.
8. Recuperación ante Desastres de TI (IT Disaster Recovery): Proceso para superar eventos importantes que puedan sacar de servicio la infraestructura de TI completa.
9. Redundancia en HA: Los componentes de TI están en un clúster (que incluye servidores, bases de datos, etc.), que puede realizar las mismas tareas en caso de falla de un componente principal.
10. Sistema Tolerante a Fallas: Un sistema que puede seguir funcionando, aunque con un rendimiento reducido, en caso de falla de un componente.

Métricas de Disponibilidad

1. Método Porcentual: Calcula el tiempo de inactividad durante un año.
2. Confiabilidad Anual: Mide el número de fallas ocurridas en un año.
3. DPM (Defectos por Millón): Mide el número de fallas ocurridas durante un millón de horas de funcionamiento de un dispositivo o una red.
4. MTTR (Mean Time To Repair): Tiempo promedio que transcurre entre la falla de una red y la restauración de la red para que funcione correctamente.
5. «Number of Nines»: Un sistema con «number of nines» igual a 4, tiene un tiempo de inactividad (Downtime) al año de 1 hora (equivalente a una disponibilidad del 99.99%).

Arquitecturas IoT

Desafíos de la Arquitectura IoT

Los desafíos de la arquitectura IoT incluyen:

• Manejar la interconectividad y la interoperabilidad entre una vasta cantidad de dispositivos dispares.
• Asegurar la privacidad y la seguridad de los datos recopilados.
• Proporcionar soporte para análisis y procesamiento de grandes volúmenes de datos.
• Garantizar la escalabilidad para millones de dispositivos.

Arquitectura oneM2M

• Objetivo: Crear un marco de referencia global para estándares de IoT que asegure la interoperabilidad entre diferentes dispositivos y servicios.
• Capas:
  1. Capa de Aplicación: Gestiona aplicaciones que usan datos de IoT.
  2. Capa de Servicios Comunes: Ofrece servicios como autenticación y autorización.
  3. Capa de Servicios de Red: Maneja la transmisión de datos entre dispositivos.
• Características: Interoperabilidad, escalabilidad, seguridad robusta y gestión eficiente de recursos.

Arquitectura IoT World Forum

• Objetivo: Establecer un enfoque estandarizado para desarrollar soluciones IoT.
• Capas:
  1. Dispositivos Físicos y Controladores: Incluye dispositivos y sensores.
  2. Conectividad: Asegura la comunicación entre dispositivos.
  3. Procesamiento de Datos y Plataforma: Procesa y analiza los datos recogidos.
  4. Aplicación Empresarial: Aplicaciones que utilizan datos para la toma de decisiones.
  5. Colaboración y Procesos de Negocios: Integra IoT con procesos empresariales.
• Características: Fomenta la interoperabilidad y escalabilidad, con un fuerte enfoque en la seguridad.

Arquitectura Core IoT Functional Stack

• Descripción: Modelo que descompone las funciones en varias capas, desde dispositivos hasta la integración de procesos de negocio.
• Capas:
  1. Dispositivos: Sensorización y actuación.
  2. Conectividad: Comunicación de datos.
  3. Edge/Fog Computing: Procesamiento cercano a la fuente de datos.
  4. Acumulación y Abstracción de Datos: Gestión y almacenamiento de datos.
  5. Plataformas y Procesamiento de Datos: Plataformas de servicio y análisis de datos.
  6. Aplicaciones: Interfaz usuario-final.
  7. Colaboración, Análisis y Visualización: Análisis avanzados y herramientas colaborativas.
  8. Seguridad: Protección integral de datos.
  9. Integración de Negocios y Procesos: Conexión con procesos empresariales.

Edge Computing

1. Definición: Procesamiento de datos realizado al «borde» de la red, cerca o dentro de los dispositivos IoT mismos.
2. Beneficios: Reduce la latencia, disminuye la demanda de ancho de banda, mejora la privacidad y seguridad, y garantiza la funcionalidad durante interrupciones de la conectividad.
3. Aplicaciones: Ideal para decisiones en tiempo real y procesamiento local sin depender de la conectividad centralizada.

Fog Computing

1. Definición: Extiende la nube hacia el borde de la red, ubicando recursos de computación, almacenamiento y aplicaciones entre los dispositivos de origen de datos y la nube.
2. Beneficios: Proporciona procesamiento localizado para tareas complejas, reduce la latencia, mejora la gestión de datos y soporta operaciones en tiempo real.
3. Aplicaciones: Utilizado para gestionar grandes volúmenes de datos de múltiples dispositivos, facilitando respuestas rápidas y minimizando la transferencia de datos innecesarios a la nube.

Webhooks

• Definición: Mecanismos que permiten a las aplicaciones enviar datos automáticos a otras aplicaciones en respuesta a eventos mediante solicitudes HTTP POST.
• Funcionamiento: Configurados para activarse por eventos específicos, los webhooks envían información a URLs predefinidas tan pronto como ocurre el evento, lo que permite acciones casi instantáneas.
• Ventajas:
  1. Eficiencia: Eliminan la necesidad de encuestas periódicas a servidores, enviando datos sólo cuando es necesario.
  2. Tiempo Real: Permiten una reacción inmediata a eventos significativos, crucial para aplicaciones que dependen de actualizaciones rápidas.
  3. Escalabilidad: Simplifican la integración y automatización entre diversas aplicaciones y servicios en línea.
• Casos de Uso Comunes:
  1. Notificaciones Automáticas: Envío de alertas o emails automáticamente cuando ocurren ciertos eventos.
  2. Sincronización de Datos: Actualizar bases de datos o sistemas de gestión automáticamente cuando se modifican datos en una plataforma.
  3. Automatización de Flujos de Trabajo: Desencadenar procesos o tareas específicas automáticamente sin intervención manual.

Protocolos de Comunicación

1. API (Interfaz de Programación de Aplicaciones): Interfaz para la interacción entre aplicaciones, no es un protocolo por sí mismo.
2. SOAP (Simple Object Access Protocol): Protocolo basado en XML para el intercambio de información estructurada en la implementación de servicios web.
3. REST (Representational State Transfer): Estilo arquitectónico para sistemas hipermedia que usa métodos HTTP para operaciones CRUD (Crear, Leer, Actualizar, Eliminar).
4. RPC (Remote Procedure Call): Permite a un programa realizar procedimientos en otro espacio de direcciones.
5. WebSocket: Protocolo de comunicación bidireccional y full-duplex sobre una única conexión persistente.

Seguridad en IoT

1. Desafíos:
   • Amplia superficie de ataque.
   • Actualización y manejo de dispositivos.
   • Protección de la privacidad de datos.
2. Estrategias:
   • Cifrado.
   • Autenticación robusta.
   • Seguridad física.
   • Análisis continuo de seguridad.
   • Separación de red.
3. Normativas y Protocolos: Desarrollo de estándares y guías para proteger adecuadamente los dispositivos y las redes IoT.

Distribución de Video IP

• Propósito: Replicar, almacenar y distribuir señales de video a través de streaming unicast y VOD (Video On Demand) a clientes finales.
• Procesos Clave:
  1. Replicación de Video: Crear copias exactas para distribución a diversas ubicaciones geográficas.
  2. Almacenamiento de Video: Almacenar videos en servidores distribuidos para acceso bajo demanda.
  3. Distribución de Video: Transmitir videos mediante unicast para contenido en vivo y multicasts para múltiples usuarios simultáneamente.
• Componentes Críticos:
  1. VxOA: Gestiona el empaquetamiento, almacenamiento y distribución.
  2. VRM: Controla las grabaciones de contenido lineal.
  3. CEPH ‘SC’: Almacena contenido VOD y lineal.
  4. UMS: Administra la solución completa, incluyendo el CDN.
  5. iDA y eDA: Facilitan la distribución y entrega de contenido.

Cálculo de la Disponibilidad en Arquitecturas de Red

Disponibilidad Serial

• Fórmula: Disponibilidad_Sistema = Disponibilidad_Componente1 * Disponibilidad_Componente2 * … * Disponibilidad_ComponenteN
• Ejemplo: Con una tarjeta madre al 99.994% y una fuente de poder al 99.999%, la disponibilidad del sistema sería 0.99993 o 99.993%.

Disponibilidad Paralela

• Fórmula: Disponibilidad_Sistema = 1 – ((1 – Disponibilidad_Componente1) * (1 – Disponibilidad_Componente2) * …)
• Ejemplo: Para dos componentes, cada uno al 99.9%, la disponibilidad sería 0.999999 o 99.9999%.

Consideraciones Adicionales

• Jugando con Configuraciones: Experimentar con más fuentes de poder o NICs para entender cómo la redundancia afecta la disponibilidad.
• Más Fuentes de Poder: Incrementa la disponibilidad general al reducir la probabilidad de fallo total.
• NICs Redundantes: Aporta seguridad contra fallos, pero limita la disponibilidad si la configuración no es totalmente paralela.

Ejemplos de Cálculo

1. Situación: Una red consta de 1500 concentradores (hubs), switches y routers. Se sabe que el informe de errores se realiza mensualmente y para un mes específico se reportaron 6 fallas. Calcule el DPM de esta situación. Comente las suposiciones adecuadas para dicho cálculo.
   
   Respuesta:
   
   Asumiendo que cada dispositivo funciona 24 horas al día durante 30 días al mes, el tiempo de actividad total (Ha) es de 8766 horas. Con 1500 dispositivos (N) y 6 fallas reportadas (Nfallas), el DPM se calcula como sigue:
   
   Ha_totales = Ha * N = 8766 * 1500 = 13,149,000 horas (para todos los dispositivos)
   
   Horas_acum_mes = Ha_totales / 12 = 13,149,000 / 12 = 1,095,750 horas
   
   DPM = (1,000,000 / Horas_acum_mes) * Nfallas = (1,000,000 / 1,095,750) * 6 = **5.47 DPM**
   
   Suposiciones:
   • Todos los dispositivos funcionan las 24 horas del día durante todo el mes.
   • Todas las fallas se reportan y se incluyen en el cálculo.
2. Situación: Se sabe que la disponibilidad de un dispositivo es del 99.993% y su MTTR es de 9 horas. Calcule el MTBF de dicho dispositivo.
   
   Respuesta:
   
   Disponibilidad = 0.99993
   
   MTTR = 9 horas
   
   MTBF = (Disponibilidad * MTTR) / (1 – Disponibilidad) = (0.99993 * 9) / (1 – 0.99993) = 8.99937 / 0.00007 = **128,562.4 horas**
3. Situación: Considere un sistema que tiene una tarjeta madre y dos fuentes de alimentación redundantes. La tarjeta madre está disponible en un 99.995%, cada una de las fuentes de alimentación está disponible en un 99.97% y las interfaces de red un 99.91%. Calcule la disponibilidad de la red 1 a la red 3.
   
   Respuesta:
   
   Disp_fuentes = 99.97%
   
   Disp_MainBoard = 99.995%
   
   Disp_Interface_card = 99.91%
   
   PASO 1: Calcular la disponibilidad de las fuentes de alimentación en paralelo:
   
   Disp_power = 1 – [(1 – 0.9997) * (1 – 0.9997)] = 0.99999991
   
   PASO 2: Calcular la disponibilidad total del sistema, considerando que todos los componentes deben funcionar para que la red esté disponible:
   
   Disp_sistema = 0.99999991 * 0.99995 * 0.9991 * 0.9991 = 0.99815 = **99.815%**