Encaminadores (Routers)
Un encaminador, enrutador o routeres un dispositivo de software o hardware que interconecta redes de área local, opera en el nivel 3 del modelo OSI y se configura para encaminar o enrutar paquetes entre sus distintos puertos de red seleccionando el mejor camino hacia un destino.
Un router cuando recibe un paquete, evalúa la dirección IP de destino del paquete para determinar a dónde debe reenviarse. A continuación, el router busca en la tabla de enrutamiento un valor de destino equivalente.
Importante! Para ello se basa en diversos factores, como el número de saltos hacia el destino, el coste de la transmisión, tráfico, velocidad, etc.
Las principales características de un Router pueden resumirse en las siguientes:
- Interpretan direcciones lógicas (IP) de capa 3 en vez de direcciones MAC.
- Tienen capacidad para cambiar el formato de la trama al operar en un nivel superior.
- Disponen de un alto nivel de inteligencia y pueden manejar diferentes protocolos.
- Proporcionan seguridad a la red, ya se pueden establecer y configurar filtros.
- Disminuyen la congestión de la red aislando el tráfico y los dominios de colisiones en las subredes que interconectan.
Importante! La configuración de un Router puede convertirse en una de las tareas más difíciles del administrador de la red, sobre todo en redes complejas y donde los caminos no son únicos. Por ello, muchas compañías fabricantes de routers ofrecen a clientes formación sobre sus productos.
Ejemplificación de protocolos enrutables y no enrutables
Un Protocolo enrutable es aquel que facilita paquetes al Router para que los encamine hacia su destino, es decir, soporta la comunicación entre LAN o segmentos de red.
Entre los protocolos enrutables destacan:
- Protocolo de Internet (IP). Se trata de un conjunto de protocolos y es notablemente el más utilizado. Como se ha visto, es la base de la red Internet de la mayoría de hosts del mundo.
- Internetworking Packet Exchanche (IPX). Utiliza Novell Corporation dentro de su sistema operativo de red. Depende de las direcciones MAC para parte de sus propias direcciones.
Las direcciones de IPX son siempre dinámicas y soporta en principio hasta 281 trillones de nodos en cada una de los 16 millones de redes. En principio fue creado para conexiones LAN, pero se introdujeron una serie de mejoras para soportar conexiones WAN.
Cuenta con una característica conocida como modo ráfaga que incrementa el tamaño de los paquetes destinados a una WAP y reduce el número de comunicaciones de origen y destino que se requieren.
Para utilizar este Protocolo es necesario que la red disponga de Router que maneje IPX.
- DEC net. Protocolo de red propio de DEC (Digital Equipement Corporation) que se usa para las conexiones de red de este tipo de ordenadores y marca. Ha estado extendido por el mundo académico.
- Apple Talk. Esta tecnología puede funcionar sobre Ethernet, Token Ring o LocalTalk de Apple.
Cuando trabaja con Ethernet usa una variante de trama 802.2 denominada Ethernet SNAP (Punto de acceso a Subred).
Los protocolos no enrutables no sobreviven al ser ruteados, lo que significa que no pasan por los routers. Este tipo de protocolos identifican la red como única y como que todos los nodos están comunicados entre sí dentro de ella, suponiendo que no hay otras redes o subredes.
Recordemos! Un Protocolo enrutable facilita paquetes al Router para que los encamine hacia su destino, es decir, soporta la comunicación entre LAN o segmentos de red, mientras que el no enrutable no pasa por el Router.
Entre los protocolos que no se pueden enrutar:
- NetBeui. Es la versión de Microsoft del NetBIOS. Como Protocolo no enrutable solo puede utilizarse dentro de un mismo segmento de red y no puede comunicarse con redes diferentes.
- LAT. Se usa para conectar periféricos a través de la red y dispone de unas características de gran utilidad como la posibilidad de asignar nombres de servicio a periféricos o los servicios dedicados.
- DLC. Fue incluido en Windows NT 4.0 para ofrecer la posibilidad de conectar con mainframes de IBM e impresoras de red.
Análisis de su influencia en los dominios de colisión y de Broadcast
Los routers segmentan los dominios de colisión y Broadcast. De manera que el Router frena el alcance de cualquier mensaje de Broadcast y aísla diferentes dominios de Broadcast.
En el caso de que existan switches la situación varía. En el siguiente ejemplo hay dos redes interconectadas mediante un Router y, a su vez, cada una separada en dos segmentos mediante switches o hubs.
Dominios de Broadcast y colisión
Estructura de la tabla de encaminamiento
Los routers crean una tabla de encaminamiento o enrutamiento donde registran qué nodos y redes están al alcance de cada uno de sus puertos. Lo que quiere decir que la tabla describe la topología de la red.
Aunque las tablas habitualmente son similares o en algunos casos iguales, esto no siempre es así, dependen del sistema operativo en el que operan. La mayoría tienen los siguientes atributos:
- Destino de red. Se refiere al nombre de la red que pretende alcanzar.
- Máscara de red. Establece la máscara de red de destino. Junto con el destino de red se definen el conjunto de nodos al que está dirigida la ruta.
- Puerta de acceso o puerta de enlace. Es la dirección IP del Tiene que ser capaz de resolver los paquetes que se dirijan a este destino de red. Si coincide la puerta de enlace con la de propia red local significa que el destino se alcanza directamente por alguna de las interfaces de red local.
- Dirección IP o nombre de la interfaz de red por la que se tienen que enviar los paquetes para llegar a la puerta de enlace.
- Métrica. Parámetro que define una medida sobre el coste telemático que supone enviar el paquete a la red destinataria.
En Windows mediante el comando route print se muestran las entradas de la tabla de rutas IP local. Para añadir rutas se utiliza route add, y route delete para borrar.
En sistemas Linux se visualiza la tabla de rutas con el comando netstat.
Comparación de distintos modos de construcción de las tablas de encaminamiento: hardware State, estáticas y dinámicas
En las tablas de encaminamiento estáticas las rutas son ingresadas manualmente o automáticamente si se ha programado por el administrador de la red. Por sí solas carecen de la capacidad de aprender la topología de la red, cualquier cambio o adaptación.
Importante! Para cualquier cambio necesitan la intervención manual del administrador del Router.
Las tablas de encaminamiento dinámico aprenden por sí solas las rutas y, por lo tanto, la topología de la red. Los algoritmos de los protocolos de enrutamiento dinámico permiten que los routers anuncien o publiquen la Información de ruta de red IP necesaria para crear la tabla de encaminamiento.
Los routers que utilizan el encaminamiento dinámico resultan más flexibles, pero su rendimiento es menor. El enrutamiento dinámico a diferencia del estático necesita menos sobrecarga administrativa, pero hay que dedicar parte del Router.
La principal ventaja de utilizar protocolos de enrutamiento dinámico es que los routers intercambian Información de enrutamiento cuando hay algún cambio de topología.
Importante! Mediante esta técnica los routers aprenden automáticamente Información sobre nuevas redes y rutas alternativas en caso de errores en la red.
Otro enfoque para el enrutamiento es el modo hardware state o link-state (Protocolo de estado de enlace). En esta ocasión, cada Router crea un mapa topológico y elige la ruta en función del camino más corto.
Ejemplo de la ruta más corta para que el Host de la LAN del Router 2 alcance el Host de la LAN del Router 3
Para crear dicho mapa cada Router dispone de una base de datos en la que almacena toda la Información de los demás routers en el área de enrutamiento. Para ello, cada uno de ellos envía Información sobre el estado de sus enlaces, en los que se hace referencia a las redes a las que se encuentran conectados e Información sobre el tipo de red y los routers vecinos que contienen.
Una vez que dispone de toda la Información necesaria aplica el algoritmo SPF (Shortest path first- Primero ruta más corta).
Analizar las ventajas y limitaciones del encaminamiento estático
El encaminamiento estático tiene una serie de ventajas de las que destacan:
- Facilidad para mantener la tabla de encaminamiento en redes pequeñas.
- El procesamiento de la CPU es muy reducido.
- Fácil de configurar y comprender para el administrador de la red.
Las principales limitaciones son estas:
- Configuración y mantenimiento prolongado.
- En la configuración se pueden cometer errores, especialmente si la red es extensa.
- Se necesita de la intervención de un administrador de red para mantener la Información si se cambia la ruta.
- Si la red va creciendo, resulta cada vez más complicado su mantenimiento.
- Necesidad de comprender completamente la red para realizar correctamente su implementación.
Descripción del CIDR como mejora en el manejo de direcciones IP
CIDR (Enrutamiento entre dominios sin Clase) es la capacidad que tienen los protocolos de enrutamiento que consiste en la simplificación de red o subredes en una sola dirección IP que abarque todo el esquema de direccionamiento IP mediante la técnica VLSM.
Esta técnica se basa en agregar rutas y es compatible con el Protocolo border Gateway v4, el cual permite a los routers agrupar rutas para reducir la cantidad de Información transmitida por los routers núcleo. Su función es comunicar varias redes por medio de una sola red general.
Cuando se utiliza CIDR, varias redes IP aparecen como una sola entidad más extensa frente a las redes que están fuera del grupo.
CIDR utiliza el espacio de direccionamiento de direcciones IPv4 de una forma más eficaz al conseguir reducir el tamaño de las tablas de enrutamiento mediante la sumarización e incorporación de direcciones red.
La sumarización de ruta conjunta redes o subredes contiguas a través de una sola dirección. Mediante la sumarización disminuyen las entradas de actualizaciones de encaminamiento y las entradas en las tablas de encaminamiento local. De esta forma, se reduce el ancho de banda y aceleran las búsquedas en las tablas de encaminamiento.
La sumarización de ruta también es conocida como agregación de ruta y sucede en el límite de la red en un Router de borde.
Curiosidad! La sumarización de ruta también es conocida como agregación de ruta y sucede en el límite de la red en un Router de borde.
Al hablar de sumarización de ruta es posible encontrarse con el término creación de superredes. La creación de superredes consiste en unir varias redes contiguas más pequeñas.
Por ejemplo, un Router de borde puede publicar las redes conocidas dentro de una empresa. Si hay seis redes diferentes, el Router debe publicar las seis.
Si cada empresa sigue este patrón, la tabla de enrutamiento serla demasiado grande. Con el proceso de sumarización de ruta se agrupan las redes si son contiguas y las publica de una sola vez como un grupo grande.
Comparación entre las dos técnicas básicas de encaminamiento: vector de distancia y estado de enlace
Los algoritmos de ruteo deciden en función de la Información que recogen los dispositivos cuál es el mejor camino para un determinado destino.
Los dos algoritmos de ruteo más utilizados son vector de distancia y estado de enlace.
Vector de distancia es un tipo de algoritmo de enrutamiento que envía copias periódicas de una tabla de enrutamiento de un Router a otro y acumulan vectores de distancia.
Los routers que tienen configurado este Protocolo evalúan la distancia (saltos) y la dirección hasta el destino para determinar cuál es el mejor camino. El algoritmo crea un número, conocido como métrica de ruta, para cada ruta existente a través de la red. Cuanto menor sea el valor de este número mejor será la ruta.
El Protocolo estado de enlace construye tablas de enrutamiento a partir de una base de datos de la topología. La base de datos contiene Información sobre los routers lejanos y la manera en la que se interconectan y se crea en función de paquetes de estado de enlace que se pasan entre todos los routers para describir el estado de una red.
Cada Router calcula de manera independiente su mejor ruta hacia un destino y los protocolos de enrutamiento por estado de enlace recopilan la información de todos los routers de la red.
Importante! Al tener una visión independiente de la red de cada Router se producen pocos errores.
El algoritmo de estado de enlace es solo utilizado por protocolos de enrutamiento interior y, por lo tanto, dentro de un mismo sistema autónomo.
Definición de distancia administrativa, métrica y convergencia
La distancia administrativa establece la preferencia de un origen de enrutamiento. A cada uno de los orígenes de enrutamiento se le asigna un orden de preferencia determinado por los protocolos de enrutamiento específicos, rutas estáticas o redes conectadas directamente.
La distancia administrativa consiste en un valor entero entre 0 y 255. Normalmente, el Protocolo de enrutamiento con menor distancia administrativa tiene la mayor preferencia de ser utilizada, siendo 0 la ruta preferida.
El valor 0 solo se da en redes conectadas directamente, mientras el valor 255 especifica que el Router no cree en el origen de la ruta.
El Router selecciona el Protocolo con menor distancia administrativa para llegar al destino
La métricaes el método que por medio de un algoritmo de enrutamiento determina cuál es la mejor ruta evaluándolas y diferenciándolas cuando existen múltiples rutas hacia la misma red.
Importante! Cada Protocolo utiliza su propia métrica, lo que quiere decir que cada Protocolo de enrutamiento usa diferentes métricas y es posible que elijan diferentes rutas.
El algoritmo puede basarse en multitud de medidas como la longitud de trayectoria, confiabilidad, retardo de carga del ancho de banda, saltos, etc.
Por ejemplo, RIP utiliza el conteo de saltos o EIGRP, una combinación de ancho de banda y retardo.
La convergencia se produce cuando todas las tablas de enrutamiento se encuentran en un estado de uniformidad. La red está convergida cuando todos los routers disponen de Información completa y precisa de la red.
Importante! Con convergencia suele hacerse referencia al tiempo que tardan todos los routers de la red en actualizarse en función de los cambios sufridos en la topología de la red y obtener las nuevas rutas recalculadas.
Abarca la velocidad y capacidad de un grupo de dispositivos de Interconexión que utilizan un Protocolo de enrutamiento específico para coincidir con la topología después de que se realice algún cambio en esa topología.
La convergencia es cooperativa pero independiente. Los routers se facilitan Información entre sí, pero Independientemente deben calcular los Impactos del cambio de topología en sus rutas.
Las propiedades de convergencia especifican la velocidad de propagación de la Información y el cálculo de rutas óptimas. Cuanto más rápida sea la con vergencia, mejor es el Protocolo de enrutamiento.
Enumeración de los objetivos de los protocolos de encaminamiento
Un Protocolo de encaminamiento o enrutamiento es básicamente un estándar que utiliza algún algoritmo de enrutamiento.
Los objetivos de los protocolos de encaminamiento son los siguientes:
- Crear y mantener una tabla de enrutamiento.
- Conocer la topología de la red.
- Administrar la Información recibida de otros
- Aprender todas las rutas disponibles.
- Descartar las rutas que dejan de ser válidas.
Descripción de las características y comparación de los tipos interior y exterior protocolos de encaminamiento
Los protocolos de Gateway interior (IGP) se usan para intercambiar información de enrutamiento en un sistema autónomo (AS). Su objetivo es encontrar el mejor camino dentro de la red interna.
Entre los IGP más comunes se encuentran RIP, OSPF y EIGRP.
Los protocolos de Gateway exterior (EGP) están diseñados para intercambiar Información de enrutamiento entre sistemas autónomos.
Lo normal es que cada sistema autónomo sea administrado por diferentes administradores y distintos protocolos interiores. Para comunicarse entre sí los distintos sistemas deben utilizar el mismo Protocolo exterior. El EGP es el encargado de traducir y asegurar que la Información enrutada en el exterior se interpreta adecuadamente en cada sistema autónomo.
Los EGP trabajan con routers exteriores. Este tipo de routers también se conoCEN como routers de borde, ya que se ubican en el límite de un sistema autónomo.
Protocolos de enrutamiento interior y exterior
BGP es el Protocolo de enrutamiento exterior más utilizado en Internet.
Curiosidad! Se calcula que en torno al 95% de los sistemas autónomos utilizan BGP.
Explicación de características y criterios de utilización de distintos protocolos de encaminamiento: RIP, IGRP, EIGRP, OSPF, BGP
A continuación, se detallan y explican los principales protocolos de encaminamiento:
RIP (Protocolo de Información de enrutamiento). Es un Protocolo de enrutamiento vector de distancia utilizado por muchas redes. Sus principales características son:
- Usa el conteo de saltos como métrica o matriz para seleccionar el mejor camino.
- Considera inalcanzable rutas con un conteo de saltos mayor de 15.
- Cada 30 segundos envía contenidos de la tabla de enrutamiento.
- Admite un balanceo de carga de hasta seis rutas del mismo costo.
IGRP (Protocolo de enrutamiento de Gateway interior). Protocolo de enrutamiento vector de distancia diseñado por CISCO en los años 80. Se diseño para solucionar algunos defectos de RIP y proporcionar un soporte óptimo a grandes redes con enlaces de diferentes anchos de banda.
Sus características son:
- Capacidad de enrutamiento de redes más grandes y un número de saltos máximo de 100, aunque es posible configurarlo hasta 255.
- Métrica con una mayor flexibilidad para seleccionar rutas.
- Posibilidad de mantener hasta seis rutas con diferente coste entre redes de origen y destino.
EIGRP (Protocolo de enrutamiento de Gateway interno mejorado) o también conocido como IGRP mejorado, es un Protocolo de enrutamiento vector de distancia mejorado y exclusivo de CISCO y sus Combina los estándares de Protocolo de enrutamiento vector de distancia y los del Protocolo link State routing.
Se creó para ampliar las limitaciones de otros protocolos de enrutamiento vector de distancia. Algunas de las características de EIGRP son estas:
- Usa una variedad de matrices para estimar el costo de una ruta.
- Dispone de un conteo de 224 saltos como máximo.
- Combina las características de métricas y siguiente salto de protocolos vector de distancia con características añadidas de actualización y base de datos.
OSPF (Primero la ruta libre más corta). Protocolo de enrutamiento por estado de enlace jerárquico que reemplaza a RIP en Internet. Sus características son:
- Enrutamiento de menor costo.
- Envía actualizaciones de enrutamiento únicamente cuando cambia la topología.
- Enrutamiento de múltiples rutas.
- Balanceo de carga.
- Soporta máscara de subred de longitud variable (VLSM).
BGP. Estándar de enrutamiento externo que emplean los grandes nodos de Internet para comunicarse y transferir grandes cantidades de Información entre dos puntos de red que utilicen dicho estándar. Es el Protocolo más extendido entre los principales ISP.
BGP puede trabajar tanto entre sistemas autónomos como dentro del mismo sistema autónomo.
Explicación de los conceptos Unicast, Broadcast y Multicast
En una red LAN los nodos pueden comunicarse de tres formas: Unicast, Broadcast o Multicast.
Unicast es el proceso en el que se envía Información desde un único emisor a un único receptor. Es el método más común en redes IP. Los paquetes con una dirección de destino Unicast están dirigidos a un Host específico.
Transmisión Unicast
Broadcast es el método por el que se envían paquetes de datos a todos los dispositivos de la red. Los paquetes de Broadcast se identifican por una dirección de Broadcast, la cual corresponde en una dirección IP de destino con todo unos (1) en la parte de Host.
Es muy utilizado por protocolos de red, como ARP y DHCP.
Importante! Unicast puede provocar inundación en la red, ya que los datos se envían por canales separados para cada equipo, Si varios usuarios solicitan la misma Información se genera gran cantidad de tráfico.
De esta forma todos los nodos de la red recibirán el paquete. Por ejemplo, en una dirección de Clase C como 192.168.0.0, la dirección de Broadcast es 192.168.0.255. La porción de Host en formato binario es 11111111 o en formato decimal, 255
Transmisión Broadcast
Multicast es el proceso en el que se envía Información de un Nodo a un grupo seleccionado.
Importante! Las direcciones Multicast resultan útiles para ciertas aplicaciones o utilidades, comovideoconferencias o juegos que permiten conexiones remotas.
Las direcciones Multicast se asignan a los dispositivos que forman parte de un grupo de Multicast. El rango de direcciones Multicast va desde 224.0.0.0 a 239.255.255.255. Mientras, el origen siempre será una dirección Unicast.
Ejemplo de transmisión Multicast
Instalación y configuración de un encaminador sobre un sistema Linux utilizando un producto software de código abierto
En primer lugar, se debe conectar a una toma de corriente e iniciar el Router y, a continuación, realizar la conexión física desde algún puerto de red con el ordenador.
Para configurar un Router desde un sistema Linux abra el navegador web libre y de código abierto Mozilla Firefox que se incluye en todas las distribuciones Linux. Introduzca en la barra de direcciones la dirección IP del Router por defecto, la cual debe ser facilitada por el fabricante. Normal mente suele ser 192.168.0.1 o 192.168.1.1.
A continuación, es posible que se solicite una contraseña y usuario, que también deben ser facilitadas por el fabricante.
Para realizar tareas de configuración en el ejemplo de Router que se utilizará (Scientific Atlanta EPR2320) vaya a la pestaña Setup.
En esta pestaña hay una serie de apartados. En la primera, Basic Settings (configuraciones básicas) se encuentra la opción NetWork Configuration desde donde se pueden ver, introducir o modificar parámetros como la dirección IP del Router—la cual será la puerta de enlace para los hosts—, los nombres de dominio, etc.
La opción LAN IP Address Management permite activar/desactivar la función DHCP, establecer la dirección IP inicial a clientes para el servicio DHCP y el número máximo de hosts.
En el apartado Advanced Settings se encuentran las opciones para activar/ desactivar puertos, y la opción Advanced Networking Features donde es posible activar el Protocolo RIP.
El apartado Wireless establece los parámetros inalámbricos del Router. En la opción Basic se puede activar o desactivar la función inalámbrica, modificar el nombre de la red (SSID) y modificar el canal de transmisión.
En Security se indica el método de encriptación y la posibilidad de cambiar la contraseña de conexión.
En Access Control se puede filtrar en función de la MAC qué dispositivos tienen permitido o no conectarse inalámbricamente.
Descripción de las ventajas y desventajas de utilizar un Router software frente a un Router hardware
Las ventajas de utilizar un Router software respecto a un Router hardware son estas:
- Fácil configuración.
- Ahorro económico.
- Consumo bajo de recursos.
- Facilidad para administrar la red.
- Métodos de encriptación y autenticación seguros.
Los inconvenientes de un Router software son estos:
- El principal inconveniente es que no se pueden emplear ciertos protocolos y funciones que cualquier Router hardware puede implementar.
- Necesidad de tener encendido un ordenador constantemente o disponer de un servidor.
- Reducción de velocidad. Un Router software puede aproximarse a la velocidad de transmisión que ofrecen los routers de hardware, pero cada vez la diferencia es mayor.
