¿Qué es el broadcast y cómo puede mitigarlo o eliminarlo?

En la mayoría de los casos, un WISP comienza con una red pequeña con algunos clientes y poco ancho de banda. Probablemente en sus comienzos, no repare mucho en el diseño de la red o en términos como broadcast, ruteo, dominios de difusión, dominios de colisión, etc.

De todas maneras, al principio, una configuración bridge de la red con pocos host funciona bien, debido a que las velocidades de transmisión no se someten a latencias altas por los temporizadores electrónicos ni lógicos. Pero a medida que la red crece en cantidad de host y ancho de banda utilizado, comienzan a aparecer distintos tipos de problemas. Uno de los más frecuentes es el broadcast.

¿Qué es broadcast?

Una trama broadcast tendrá como dirección MAC de destino ff:ff:ff:ff:ff:ff. Cuando un switch recibe una de ellas por uno de sus puertos, este la replicará por los restantes para que la reciban todos los equipos de la red. Si tiene diseñada su LAN mediante VLAN, el tráfico broadcast solo será conmutado dentro de la VLAN respectiva. Cada equipo la procesará y, en función de las capas superiores, seguirá su curso o la descartará.

El campo TTL (“Time to Live”, por sus siglas en inglés) del protocolo IP es decrementado cada vez que un paquete pasa por un dispositivo de capa 3, y al llegar a 0 se descarta. Pero una trama no tiene un campo similar cuando pasa por equipos de capa 2. Debido a esto, se puede producir un bucle en la red, puesto que las tramas no solo podrán estar circulando indefinidamente, sino además, en caso de ser broadcast, cada switch realizará una copia que difundirá por cada uno de sus puertos. Esto desencadenará un bajo o nulo rendimiento de la red y un consumo de recursos hardware en cada uno de los equipos.

Protocolos como Spanning Tree Protocol, tanto en versiones estándar como propietarias, evitan que se generen bucles de red en capa 2 para construir escenarios de alta disponibilidad.

Muchos protocolos generan tráfico de este tipo. Algunos son muy cercanos, como ARP para averiguar la dirección MAC de destino de un equipo dentro de una misma red, o DHCP para que un equipo pueda descubrir un servidor que le proporcione una IP, máscara de red, gateway, DNS, etc.

Es posible que un mal diseño de la red, el funcionamiento defectuoso de un equipo, un malware, etc, redunden en una baja performance, latencias de capa 2 altas o una denegación de servicio importante en la red LAN.

Asimismo, cuando la red bridge crece, son mucho más los host que compiten por acceder al medio e iniciar una sesión de transmisión de datos; por lo tanto, en redes que incluyen distintas tecnologías físicas, como wireless, cableados, etc, las colisiones de tramas son mucho mayores y los tiempos de espera para acceder al medio se elevan. Esto provoca latencias de capa 2 debido al tráfico generado por todos los componentes de la red para intentar transmitir.

¿Cómo se puede mitigar o eliminar el problema de broadcast?

Para solucionar el problema de broadcast es posible implementar varias técnicas. Las más simples y comúnmente aplicadas por WISP con gran cantidad de host y redes son las que consisten en rutear la red:

  • Segmentación lógica.
  • Segmentación física.
  • Uso de VLAN.

Básicamente, esto supone aumentar la cantidad de dominios de colisión y de difusión.

Al colocar dispositivos, routers, que achiquen estos dominios y aplicando técnicas de ruteo, se aíslan las colisiones y difusiones de broadcast en una menor cantidad de host. Esto vuelve más eficiente la red y evita que el tráfico no deseado llegue a los dispositivos de la red.

Como se puede observar en en el ejemplo de la imagen anterior, se pasa de contar con una sola red lógica a contar con cuatro.

  • 172.16.0.0/24
  • 192.168.202.0/24
  • 192.168.211.0/24
  • 192.168.210.0/24

De esta manera, se puede implementar el ruteo mediante la incorporación de equipos de capa 3 o configuración de modo router y, así, dividir el dominio de difusión.

IMPORTANTE

Si utiliza NAT para brindar Internet a los clientes, le recomendamos valerse siempre de IP privadas para la red interna. En el caso de IP públicas a los clientes, le sugerimos que consulte nuestras guías:

BMU: Asignación de IP públicas
Mikrotik: Asignación de IP públicas

Así, también se generan físicamente 4 dominios de colisión. Por lo tanto, todo el tráfico de broadcast producido, por ejemplo, en el nodo 2 quedará contenido dentro de ese dominio de difusión y colisión entre un grupo menor de host. Esto implica que ese tráfico no llegará a host de otros nodos.

Para que cada host se pueda comunicar hasta el router de borde y viceversa, es necesario cargar información de ruteo acerca de qué router interno maneja la red de destino a la que se pretende llegar.

En síntesis, una red ruteada le permitirá:

  1. Disminuir los dominios de difusión y colisión.
  2. Evitar DDoS de toda la red ante ataques internos por malwares y virus, y contenerlo solo en un sector.
  3. Mejorar las latencias de capa 2.
  4. Mantener ordenado el direccionamiento por nodos o clientes.
  5. Escalabilidad.
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