Encaminamiento IP: Encaminadores (routers)

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Introducción
Encaminadores (routers)

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El encaminamiento a nivel IP es el proceso de transportar un datagrama desde un nodo de origen a otro nodo de destino, independientemente de si ambos nodos están en la misma red o en diferentes redes.

Además de los encaminadores o routers, los equipos también participan en el encaminamiento. Cuando un equipo transmite un datagrama a una IP de destino que está en su misma red, la transmisión es directa y utilizará su propia Tabla de encaminamiento o enrutamiento, pero si no está en su misma red, lo enviará a un encaminador o router (puerta de enlace o gateway) para su encaminamiento hacia la IP de destino.

En el diagrama anterior se plantean las siguientes conexiones:
- PC con IP 192.168.0.10 transmite directamente a PC con IP 192.168.0.11 ya que ambos están en la misma red.
- PC con IP 192.168.0.10 transmite a través de la Puerta de enlace al Servidor con IP 172.33.0.10 ya que se encuentra en una red distinta a la suya.

Encaminadores (routers) (Volver al índice General)
Son dispositivos que trabajan en el nivel 3 del Modelo OSI. Los routers, estarán conectados al menos a dos redes y encaminarán todos los datagramas que pasen por él utilizando las tablas de encaminamiento o enrutamiento.
- Tablas de encaminamiento o enrutamiento (Volver al índice General)
  Se tratan de bases de datos o archivos donde se almacenan las rutas a los diferentes nodos en una red informática. Los nodos pueden ser cualquier tipo de dispositivo electrónico conectado a la red. Cuando los datagramas deben ser enviados desde un nodo a otro de la red, la tabla de encaminamiento o enrutamiento le indica al nodo emisor donde dirigir los datagramas con el fin de encontrar la mejor ruta para su transferencia. Constan de los siguientes campos:
  - Dirección IP y máscara: indica el encaje de patrón que deberá cumplir una dirección IP para que utilice esa entrada de la tabla. Se pueden dar 3 situaciones:
    1. IP 0.0.0.0 y mask 0.0.0.0: es la ruta predeterminada. Se usa en caso de que el patrón no encaje con el resto de entradas.
    2. Mask 255.255.255.255: hace referencia a un host en concreto (no a una red). Se usa esta entrada si la IP del patrón coincide con la IP de la entrada.
    3. Una máscara de red. Se usa esta entrada si la IP del patrón pertenece a la red indicada en la entrada
  - Gateway: indica la IP del host (encaminador o router) al que se reenviará el datagrama cuando se utilice esa entrada.
  - Métrica: indica el coste que conlleva enviar un datagrama por una ruta. Un valor bajo indica una ruta mejor y por tanto tendrá prioridad sobre las rutas con una métrica más alta. Las métricas más habituales son el número de saltos (routers intermedios) o el retardo. Si no figura esta columna en la tabla se entiende que todas las rutas tienen la misma métrica.
- Tablas de enrutamiento estáticas y dinámicas (Volver al índice General)
  - Tablas de enrutamiento estáticas: se editan manualmente por el administrador de la red cuando la red es pequeña, cuando las rutas no varían y sólo existe una única ruta hacia esa red, o por motivos de seguridad. Las entradas de dichas tablas son las mismas para todos los dispositivos de red. No cambian hasta que el administrador de la red las modifique manualmente, algo engorroso cuando crece el número de nodos en la red o hay cambios constantes.
  - Tablas de enrutamiento dinámico: en el enrutamiento dinámico, los propios dispositivos construyen y mantienen automáticamente sus propias tablas de enrutamiento. Se realiza por medio de protocolos de encaminamiento o enrutamiento (IGRP, EIGRP, OSPF, RIP, IS-IS) que envían información de encaminamiento entre los distintos dispositivos. Esto permite a los dispositivos de la red, actualizar automáticamente sus tablas de enrutamiento según el estado de la red, como puede ser nodos que no responden, congestión de la red, etc. Mantiene la información actualizada sobre el estado de la red, haciendo que el encaminamiento sea más efectivo y eficiente. Por lo tanto el encaminamiento dinámico constará de dos partes importantes:
    - Las tablas con las mejores rutas y
    - Procedimiento del envío de información.
    El protocolo define los tipos de mensaje a enviar, como y cuando enviarlos
- Protocolos de encaminamiento (Volver al índice General)
  Conceptos:
  - Sistema Autónomo (AS): conjunto de redes gestionadas por una misma organización la cual tiene definidas unas políticas de encaminamiento de cara al exterior. Normalmente un ISP integra todas sus redes bajo un mismo AS. Internet es un conglomerado de AS conectados entre sí.
    Un AS A ofrece tránsito si permite que un tráfico iniciado en un AS B tenga como destino un AS C, siendo B y C AS distintos.
  - Algoritmo «Vector de distancia»: número de nodos que hay que atravesar para llegar a una red.
  - Algoritmo «Estado del enlace»: se basa en que cada nodo llegue a conocer la topología de la red y los costes (retardos) asociados a los enlaces, para que a partir de estos datos, pueda obtener el árbol y la tabla de encaminamiento tras aplicar el algoritmo de coste mínimo (algoritmo de Dijkstra) al grafo de la red
  - Tiempos de convergencia: tiempo que transcurre desde que se produce un cambio en la red hasta que todos los routers internos actualizan sus tablas.
  - Protocolo con clase: usa la máscara por defecto de cada Clase de IP.
  - Protocolo sin clase: soporta CIDR (Classless Inter-Domain Routing) y VLSM (Variable Length Subnet Mask).
  Protocolos
  - IGP Interior Gateway Protocols (Protocolos de pasarela interior): protocolos de encaminamiento que se utilizan dentro de un Sistema Autónomo (AS) en los llamados, routers internos, para encaminar sus distintas redes. Los principales protocolos son:
    - Protocolo RIPv1 (Routing Information Protocol):
      Protocolo con clase, la determinación de la dirección de red se hace aplicando la máscara de clase que corresponde a la dirección IP, no incluye prefijo de red. Se basa en algoritmo de vector de distancia. Utiliza la cuenta de saltos para determinar la mejor ruta al destino; el valor máximo de saltos es 15 siendo 16 el valor que indica una distancia infinita (destino inalcanzable). No tiene en cuenta la velocidad de transmisión. Incluye la dirección del siguiente encaminador en la actualización de las tablas. Envía cada 30 segundos la información de sus tablas.
      En dos rutas hacia el mismo destino se toma la que menos saltos tiene. En dos rutas hacia el mismo destino con la misma métrica, entonces hace un balance de carga enviando mensajes por ambas rutas.
      Incrementa mucho el tráfico de red y tiene un tiempo de convergencia alto, pueden transcurrir varios minutos.
    - Protocolo RIPv2:
      Protocolo sin clase. Permite envío de prefijos de red y subred junto a las direcciones, soportando subredes CIDR y VLSM. También utilizan el conteo de saltos como métrica, pero envía la información de encaminamiento a la dirección de difusión 224.0.0.9 y no a la 255.255.255.255 como hacía RIPv1, reduciendo el tráfico generado. Usa autenticación en la actualización de las tablas de encaminamiento.
    - RIPng: RIP para IPv6.
    - Protocolo IGRP (Interior Gateway Routing Protocol):
      Protocolo con clase, determina el número de red de destino igual que RIPv1. Utiliza principalmente el algoritmo de vector de distancia y una métrica compuesta para determinar la mejor ruta basándose en el ancho de banda, retardo, la confiabilidad y la carga del enlace. Envía información cada 90 segundos.
    - Protocolo EIGRP (Enhaced Interior Gateway Routing Protocol):
      Mejora con respecto a IGRP. Protocolo sin clase, incluye prefijos de red en las direcciones para soportar subredes CIDR y VLSM. Protocolo híbrido que implementa lo mejor de los algoritmos de vector de distancia y estado del enlace. Alcanza el estado de convergencia mucho más rápido.
    - Protocolo OSPF (Open Shortest Path First):
      Protoloco sin clase, basado en el estado de los enlaces. Algoritmo más complejo y eficaz que RIP. Se ha convertido en el estándar. Difunde información a otros routers solo cuando se producen cambios en el direccionamiento de red mediante multidifusión. Recibe la información del vecino, añade la información de sus propios enlaces y reenvía esta nueva información mediante inundación (envía por todos sus puertos excepto por el que ha recibido información). Para evitar la congestión, no todos envían información:
      - – DR (Encaminador designado): obtiene la información del estado de los enlaces y la difunde al resto de encaminadores.
      - – BDR (Encaminador designado de copia de seguridad): asume el rol de DR cuando este falla.
      OSPF utiliza como métrica la velocidad de transmisión y el coste de los enlaces.
      Es adecuado para redes internas grandes o muy grandes. Divide las redes en áreas conectadas a un área troncal o backbone.
      Los routers que se conectan a dos áreas y una de ellas es troncal, se conocen como routers de borde de área (ABR, Area Border Router). Si todas las interfaces se conectan a la misma área, el router recibe el nombre de router interno.
      OSPF fue desarrollado por IETF para sustituir a RIP.
    - OSPFv3: OSPF para IPv6.
    - IS-IS (Intermediate System to Intermediate System): basado en el estado del enlace. Es el usado por grandes ISPs.
  - EGP Exterior Gateway Protocols (Protocolo de pasarela externa): protocolos de encaminamiento que se utiliza en los llamados routers frontera para interconectar Sistemas Autónomos (AS). Los principales son:
    - BGP (Border Gateway Protocol): casi todo el tráfico de Internet entre AS se encamina usando BGP, concretamente la versión BGP-4. No usa métricas.
    - EGP (Exterior Gateway Protocol): Usado en los orígenes de Internet.

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