agregación de enlaces

A mediados de la década de 1990, la mayoría de los fabricantes de conmutadores de red habían incluido la capacidad de agregación como una extensión propietaria para aumentar el ancho de banda entre sus conmutadores. Cada fabricante desarrolló su propio método, lo que generó problemas de compatibilidad. El grupo de trabajo IEEE 802.3 formó un grupo de estudio para crear un estándar de capa de enlace interoperable (es decir, que abarcara tanto la capa física como la de enlace de datos) en una reunión de noviembre de 1997. ^{[ 4 ]} El grupo acordó rápidamente incluir una función de configuración automática, que también agregaría redundancia. Esto se conoció como Protocolo de Control de Agregación de Enlaces (LACP).

Dentro de los estándares IEEE Ethernet, el Protocolo de Control de Agregación de Enlaces (LACP) proporciona un método para controlar la agrupación de varios enlaces físicos para formar un único enlace lógico. LACP permite que un dispositivo de red negocie la agrupación automática de enlaces mediante el envío de paquetes LACP a su dispositivo par, un dispositivo conectado directamente que también implementa LACP.

Características y ejemplos prácticos de LACP

1. Número máximo de puertos agrupados permitidos en el canal de puertos: Los valores válidos suelen estar entre 1 y 8.
2. Los paquetes LACP se envían con la dirección MAC del grupo de multidifusión 01:80:C2:00:00:02
3. Durante el período de detección de LACP
   • Los paquetes LACP se transmiten cada segundo
   • Mecanismo de mantenimiento de conexión para el miembro del enlace: (lento = 30 s, rápido = 1 s)
4. En algunas implementaciones está disponible un modo de equilibrio de carga seleccionable ^{[ 11 ].}
5. Modo LACP:
   • Activo: Habilita LACP incondicionalmente.
   • Pasivo: Habilita LACP solo cuando se detecta un dispositivo LACP.

La agregación de enlaces ofrece una forma económica de configurar una red troncal de alta capacidad que transfiere mucha más información que la que puede ofrecer un solo puerto o dispositivo. Además, permite que la velocidad de la red troncal aumente gradualmente a medida que crece la demanda, sin necesidad de reemplazar todos los componentes ni implementar nuevo hardware.

La mayoría de las instalaciones troncales instalan más cableado o pares de fibra óptica de los necesarios inicialmente. Esto se debe a que los costos de mano de obra son mayores que el costo del cable, y el uso de cable adicional reduce los costos de mano de obra futuros si cambian las necesidades de la red. La agregación de enlaces permite utilizar estos cables adicionales para aumentar la velocidad de la red troncal con poco o ningún costo adicional, siempre que haya puertos disponibles.

Al equilibrar el tráfico, los administradores de red suelen querer evitar la reordenación de tramas Ethernet. Por ejemplo, TCP sufre una sobrecarga adicional al procesar paquetes fuera de orden. Este objetivo se aproxima enviando todas las tramas asociadas a una sesión particular a través del mismo enlace. Las implementaciones comunes utilizan funciones hash L2 o L3 (es decir, basadas en las direcciones MAC o IP), lo que garantiza que el mismo flujo se envíe siempre a través del mismo enlace físico. ^{[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]}

Sin embargo, esto puede no proporcionar una distribución uniforme entre los enlaces del enlace troncal cuando solo uno o muy pocos pares de hosts se comunican entre sí, es decir, cuando los hashes ofrecen muy poca variación. En la práctica, limita el ancho de banda del cliente en su conjunto. ^{[ 19 ]} En casos extremos, un enlace está completamente cargado mientras que los demás están completamente inactivos, y el ancho de banda agregado se limita al ancho de banda máximo de este único miembro. Por esta razón, en implementaciones reales, casi nunca se logra un equilibrio de carga uniforme ni la utilización completa de todos los enlaces troncales.

Las tarjetas de red agrupadas también pueden proporcionar enlaces de red que superan el rendimiento de cualquier tarjeta individual. Por ejemplo, esto permite que un servidor de archivos central establezca una conexión agregada de 2 gigabits mediante dos tarjetas de red de 1 gigabit agrupadas. Cabe destacar que la velocidad de señalización de datos seguirá siendo de 1 Gbit/s , lo cual puede resultar engañoso según las metodologías utilizadas para probar el rendimiento tras la agregación de enlaces.

Con los modos balance-rr , balance-xor , broadcast y 802.3ad , todos los puertos físicos del grupo de agregación de enlaces deben residir en el mismo conmutador lógico, lo que, en la mayoría de los casos, deja un único punto de fallo cuando el conmutador físico al que están conectados todos los enlaces se desconecta. Los modos active-backup , balance-tlb y balance-alb también se pueden configurar con dos o más conmutadores. Sin embargo, tras la conmutación por error (al igual que con los demás modos), en algunos casos, las sesiones activas pueden fallar (debido a problemas de ARP) y deben reiniciarse.

Sin embargo, casi todos los proveedores cuentan con extensiones propietarias que resuelven algunos de estos problemas: agregan varios conmutadores físicos en un único conmutador lógico. El protocolo de enlace troncal múltiple dividido (SMLT) de Nortel permite dividir varios enlaces Ethernet entre varios conmutadores en una pila, evitando así cualquier punto único de fallo y permitiendo además el balanceo de carga entre todos los conmutadores de agregación desde la misma pila de acceso. Estos dispositivos sincronizan su estado a través de un enlace troncal entre conmutadores (IST) de forma que, para el dispositivo de conexión (acceso), parecen ser un único dispositivo (bloque de conmutadores) y evitan la duplicación de paquetes. SMLT proporciona una mayor resiliencia con conmutación por error y recuperación en fracciones de segundo para todos los enlaces troncales de velocidad, operando de forma transparente para los dispositivos finales.

La agregación de enlaces multichasis proporciona características similares de forma independiente del fabricante. Para el dispositivo conectado, la conexión aparece como un enlace troncal agregado normal. La coordinación entre las múltiples fuentes involucradas se gestiona de forma específica para cada fabricante.

En la mayoría de las implementaciones, todos los puertos utilizados en una agregación son del mismo tipo físico, como todos puertos de cobre (10/100/1000BASE-T), todos puertos de fibra multimodo o todos puertos de fibra monomodo. Sin embargo, el estándar IEEE solo exige que cada enlace sea dúplex completo y que todos tengan una velocidad idéntica (10, 100, 1000 o 10 000 Mbit/s ).

Muchos conmutadores son independientes de la capa física (PHY), lo que significa que un conmutador puede tener una combinación de transceptores modulares GBIC / SFP de cobre, SX, LX, LX10 u otros . Si bien mantener la misma PHY es el enfoque habitual, es posible agregar una fibra 1000BASE-SX para un enlace y una 1000BASE-LX (ruta más larga y diversa) para el segundo enlace. Una ruta puede tener un tiempo de propagación más largo, pero dado que la mayoría de las implementaciones mantienen un único flujo de tráfico en el mismo enlace físico (usando un hash de direcciones MAC, direcciones IP o combinaciones de puertos de capa de transporte /IP como índice), esto no causa problemas de entrega fuera de orden .

La discrepancia en la agregación se refiere a la falta de coincidencia en el tipo de agregación en ambos extremos del enlace. Algunos conmutadores no implementan el estándar 802.1AX, pero admiten la configuración estática de la agregación de enlaces. Por lo tanto, la agregación de enlaces entre conmutadores con configuraciones estáticas similares puede funcionar, pero fallará entre un conmutador con configuración estática y un dispositivo configurado para LACP.

En las interfaces Ethernet , la agregación de canales requiere la asistencia tanto del conmutador Ethernet como del sistema operativo del equipo host , que debe distribuir la entrega de tramas a través de las interfaces de red de la misma manera que se distribuye la E/S entre los discos en una matriz RAID 0. Por esta razón, algunas discusiones sobre la agregación de canales también hacen referencia a la matriz redundante de nodos económicos (RAIN) o a la matriz redundante de interfaces de red independientes . ^{[ 26 ]}

El protocolo punto a punto (PPP) utilizado para las conexiones telefónicas y otras conexiones al proveedor de servicios de Internet (incluido el DSL) cuenta con un método estándar de agregación de enlaces denominado PPP multienlace. Se pueden combinar varios enlaces PPP al mismo proveedor de servicios de Internet para formar un enlace de mayor ancho de banda.

Según las especificaciones DOCSIS 3.0 y 3.1 para la transmisión de datos por cable , se pueden combinar múltiples canales (es decir, rangos de radiofrecuencia en el cable coaxial). Con DOCSIS 3.0, se pueden combinar hasta 32 canales de bajada y 8 de subida. ^{[ 27 ]} Estos suelen tener  un ancho de banda de 6 u 8 MHz. DOCSIS 3.1 define configuraciones más complejas que implican la agregación a nivel de subportadoras y canales conceptuales de mayor tamaño. ^{[ 28 ]}

DOCSIS también puede transportar PPP.

La agregación de banda ancha es un tipo de agregación de canales que se refiere a la agrupación de múltiples canales en las capas OSI de nivel cuatro o superior. Los canales agregados pueden ser enlaces cableados, como una línea T-1 o DSL . Además, es posible agregar múltiples enlaces celulares para formar un enlace inalámbrico agregado.

Otras metodologías de agregación de enlaces se ubican en capas inferiores del modelo OSI, lo que requiere coordinación con las compañías de telecomunicaciones para su implementación. La agregación de enlaces de banda ancha, al implementarse en capas superiores, puede realizarse sin esta coordinación. Una implementación incluiría algún tipo de protocolo de rutas múltiples (por ejemplo, TCP multipath ) que encapsula el tráfico hacia un servidor con mayor ancho de banda. ^{[ 29 ]}

Las implementaciones comerciales de la agregación de canales de banda ancha incluyen:

• La VPN de enlace rápido Speedify de Connectify es una aplicación de software para múltiples plataformas: PC, Mac, iOS y Android ^{[ 30 ].}
• Tecnología de unión SpeedFusion de Peplink ^{[ 31 ]}
• Tecnología de agregación de VPN multicanal de Viprinet ^{[ 32 ]}
• Tecnología de enlace de Internet Natiply de Synopi ^{[ 33 ]}
• ComBOX Networks multi-WAN bonding como servicio VPN ^{[ 34 ]}

Los métodos más convencionales para combinar enlaces WAN incluyen el balanceo de carga y/o la conmutación por error a nivel de conexión (sesión). Dado que los gestores de descargas y otros programas ya utilizan múltiples conexiones para superar la limitación de ancho de banda y un control de congestión excesivamente restrictivo, el balanceo de conexiones a través de diferentes enlaces WAN es suficiente para aprovechar su ancho de banda.

En IEEE 802.11 (Wi-Fi), la tecnología Super G utiliza la agregación de canales , conocida como 108 Mbit/s . Esta tecnología combina dos canales del estándar IEEE 802.11g , que tiene una velocidad de señalización de datos de 54 Mbit/s por canal.

En IEEE 802.11n  , se especifica un modo con un ancho de canal de 40 MHz. Esto no es agregación de canales, sino un único canal con el doble del  ancho de canal anterior de 20 MHz, utilizando así dos  bandas adyacentes de 20 MHz. Esto permite duplicar directamente la velocidad de datos PHY a partir de un único  canal de 20 MHz.

El estándar IEEE 802.11be (Wi-Fi 7) permite la combinación de dos bandas diferentes, denominada Operación Multi-link (MLO).