Clasificación de los protocolos de routing
Los protocolos de routing dinámico se usan para facilitar el intercambio de información de routing entre los routers. Un protocolo de routing es un conjunto de procesos, algoritmos y mensajes que se usan para intercambiar información de routing y completar la tabla de routing con la elección de los mejores caminos que realiza el protocolo. El propósito de los protocolos de routing dinámico incluye lo siguiente:
Los protocolos de routing se pueden clasificar en diferentes grupos según sus características. Específicamente, los protocolos de routing se pueden clasificar según lo siguiente:
Por ejemplo, los protocolos de routing IPv4 se clasifican de la siguiente manera:
Los protocolos de routing con clase, RIPv1 e IGRP, son protocolos antiguos y se utilizan solamente en redes antiguas. Estos protocolos de routing se convirtieron en los protocolos de routing sin clase RIPv2 y EIGRP, respectivamente. Los protocolos de routing de estado de enlace son protocolos sin clase naturalmente.
- Detección de redes remotas
- Mantener la información de routing actualizada
- Escoger el mejor camino hacia las redes de destino
- Poder encontrar un mejor camino nuevo si la ruta actual deja de estar disponible
Los protocolos de routing se pueden clasificar en diferentes grupos según sus características. Específicamente, los protocolos de routing se pueden clasificar según lo siguiente:
- Propósito: protocolo de gateway interior (IGP) o protocolo de gateway exterior (EGP)
- Operación: protocolo de vector distancia, protocolo de estado de enlace, protocolo de vector ruta
- Comportamiento: protocolo con clase (antiguo) o protocolo sin clase
Por ejemplo, los protocolos de routing IPv4 se clasifican de la siguiente manera:
- RIPv1 (antiguo): IGP, vector distancia, protocolo con clase
- IGRP (antiguo): IGP, vector distancia, protocolo con clase desarrollado por Cisco (cayó en desuso a partir del IOS 12.2)
- RIPv2: IGP, vector distancia, protocolo sin clase
- EIGRP: IGP, vector distancia, protocolo sin clase desarrollado por Cisco
- OSPF: IGP, estado de enlace, protocolo sin clase
- IS-IS: IGP, estado de enlace, protocolo sin clase
- BGP: EGP, vector ruta, protocolo sin clase
Los protocolos de routing con clase, RIPv1 e IGRP, son protocolos antiguos y se utilizan solamente en redes antiguas. Estos protocolos de routing se convirtieron en los protocolos de routing sin clase RIPv2 y EIGRP, respectivamente. Los protocolos de routing de estado de enlace son protocolos sin clase naturalmente.
Protocolos de routing IGP y EGP
Un sistema autónomo (AS) es un conjunto de routers bajo una administración común, como una empresa o una organización. Los AS también se conocen como “dominios de routing”. Los ejemplos típicos de AS son la red interna de una empresa y la red de un ISP.
Debido a que Internet se basa en el concepto de AS, se requieren dos tipos de protocolos de routing:
Nota: dado que BGP es el único EGP disponible, no se suele utilizar el término EGP. En cambio, la mayoría de los ingenieros simplemente hacen referencia a BGP.
En el ejemplo de la ilustración, se proporcionan situaciones simples en las que se destaca la implementación de IGP, de BGP y del routing estático:
Nota: BGP excede el ámbito de este curso, motivo por el cual no se lo describe en detalle.
Debido a que Internet se basa en el concepto de AS, se requieren dos tipos de protocolos de routing:
- Protocolo de gateway interior (IGP): se utiliza para el routing dentro de un AS. También se lo denomina “routing interno de AS”. Las empresas, las organizaciones e incluso los proveedores de servicios utilizan un IGP en sus redes internas. Los IGP incluyen RIP, EIGRP, OSPF e IS-IS.
- Protocolo de gateway exterior (EGP): se utiliza para el routing entre distintos AS. AS. Los proveedores de servicios y las empresas grandes pueden interconectarse mediante un EGP. El protocolo de gateway fronterizo (BGP) es el único EGP viable actualmente y es el protocolo de routing oficial utilizado en Internet.
Nota: dado que BGP es el único EGP disponible, no se suele utilizar el término EGP. En cambio, la mayoría de los ingenieros simplemente hacen referencia a BGP.
En el ejemplo de la ilustración, se proporcionan situaciones simples en las que se destaca la implementación de IGP, de BGP y del routing estático:
- ISP-1: es un AS que utiliza IS-IS como IGP. Se interconecta con otros sistemas autónomos y proveedores de servicios que utilizan BGP para controlar explícitamente el modo en que se enruta el tráfico.
- ISP-2: es un AS que utiliza OSPF como IGP. Se interconecta con otros sistemas autónomos y proveedores de servicios que utilizan BGP para controlar explícitamente el modo en que se enruta el tráfico.
- AS-1: se trata de una organización grande que utiliza EIGRP como IGP. Dado que es un entorno de host múltiples (es decir, se conecta a dos proveedores de servicios distintos), utiliza BGP para controlar explícitamente la forma en que el tráfico ingresa al AS y sale de él.
- AS-2: se trata de una organización mediana y utiliza OSPF como IGP. También es un entorno de host múltiples, por lo que utiliza BGP para controlar explícitamente la forma en que el tráfico ingresa al AS y sale de él.
- AS-3: se trata de una organización pequeña con routers más antiguos dentro del AS y utiliza RIP como IGP. Dado que tiene conexión simple (es decir, conecta a solo un proveedor de servicios), no se requiere BGP. En cambio, se implementa routing estático entre el AS y el proveedor de servicios.
Nota: BGP excede el ámbito de este curso, motivo por el cual no se lo describe en detalle.
Protocolos de routing vector distancia
“Vector distancia” significa que las rutas se anuncian proporcionando dos características:
Por ejemplo, en la ilustración, el R1 tiene información de que la distancia para llegar a la red 172.16.3.0/24 es de un salto y de que el sentido es a través de la interfaz S0/0/0 hacia el R2.
Un router que utiliza un protocolo de routing vector distancia no tiene la información de la ruta completa hasta la red de destino. Los protocolos vector distancia utilizan routers como letreros a lo largo de la ruta hacia el destino final. La única información que conoce el router sobre una red remota es la distancia o métrica para llegar a esa red y qué ruta o interfaz usar para alcanzarla. Los protocolos de routing de vector distancia no tienen un mapa de la topología de red como otros tipos de protocolos de routing.
Hay cuatro IGP vector distancia IPv4:
- Distancia: identifica la distancia hasta la red de destino. Se basa en una métrica como el conteo de saltos, el costo, el ancho de banda y el retraso, entre otros.
- Vector: especifica el sentido en que se encuentra el router de siguiente salto o la interfaz de salida para llegar al destino.
Por ejemplo, en la ilustración, el R1 tiene información de que la distancia para llegar a la red 172.16.3.0/24 es de un salto y de que el sentido es a través de la interfaz S0/0/0 hacia el R2.
Un router que utiliza un protocolo de routing vector distancia no tiene la información de la ruta completa hasta la red de destino. Los protocolos vector distancia utilizan routers como letreros a lo largo de la ruta hacia el destino final. La única información que conoce el router sobre una red remota es la distancia o métrica para llegar a esa red y qué ruta o interfaz usar para alcanzarla. Los protocolos de routing de vector distancia no tienen un mapa de la topología de red como otros tipos de protocolos de routing.
Hay cuatro IGP vector distancia IPv4:
- RIPv1: protocolo antiguo de primera generación
- RIPv2: protocolo de routing vector distancia simple
- IGRP: protocolo exclusivo de Cisco de primera generación (obsoleto y reemplazado por EIGRP)
- EIGRP: versión avanzada del routing vector distancia
Protocolos de routing de estado de enlace
A diferencia de la operación del protocolo de routing vector distancia, un router configurado con un protocolo de routing de estado de enlace puede crear una “vista completa” o una topología de la red al reunir información proveniente de todos los demás routers.
Para continuar con nuestra analogía de letreros, el uso de un protocolo de routing de estado de enlace es como tener un mapa completo de la topología de la red. Los letreros a lo largo de la ruta de origen a destino no son necesarios, debido a que todos los routers de estado de enlace usan un mapa de la red idéntico. Un router de estado de enlace usa la información de estado de enlace para crear un mapa de la topología y seleccionar el mejor camino hacia todas las redes de destino en la topología.
Los protocolos de routing de estado de enlace no usan actualizaciones periódicas. Por otro lado, los routers habilitados para RIP envían actualizaciones periódicas de su información de routing a sus vecinos. Después de que los routers hayan aprendido sobre todas las redes requeridas (es decir, que hayan logrado la convergencia), solo se envía una actualización de estado de enlace cuando hay un cambio en la topología. Por ejemplo, la actualización del estado de enlace en la animación no se envía hasta que la red 172.16.3.0 se desactiva.
Haga clic en Reproducir en la ilustración para ver operaciones de estado de enlace.
Los protocolos de estado de enlace funcionan mejor en situaciones donde:
Hay dos IGP de estado de enlace IPv4:
Para continuar con nuestra analogía de letreros, el uso de un protocolo de routing de estado de enlace es como tener un mapa completo de la topología de la red. Los letreros a lo largo de la ruta de origen a destino no son necesarios, debido a que todos los routers de estado de enlace usan un mapa de la red idéntico. Un router de estado de enlace usa la información de estado de enlace para crear un mapa de la topología y seleccionar el mejor camino hacia todas las redes de destino en la topología.
Los protocolos de routing de estado de enlace no usan actualizaciones periódicas. Por otro lado, los routers habilitados para RIP envían actualizaciones periódicas de su información de routing a sus vecinos. Después de que los routers hayan aprendido sobre todas las redes requeridas (es decir, que hayan logrado la convergencia), solo se envía una actualización de estado de enlace cuando hay un cambio en la topología. Por ejemplo, la actualización del estado de enlace en la animación no se envía hasta que la red 172.16.3.0 se desactiva.
Haga clic en Reproducir en la ilustración para ver operaciones de estado de enlace.
Los protocolos de estado de enlace funcionan mejor en situaciones donde:
- El diseño de red es jerárquico, lo cual suele suceder en redes extensas.
- La adaptación rápida a los cambios de la red es fundamental.
- Los administradores están bien informados sobre la implementación y el mantenimiento de un protocolo de routing de estado de enlace.
Hay dos IGP de estado de enlace IPv4:
- OSPF: popular protocolo de routing que se basa en normas
- IS-IS: popular en redes de proveedores
Protocolos de routing con clase
La mayor diferencia entre los protocolos de routing con clase y sin clase es que los protocolos de routing con clase no envían información de la máscara de subred en las actualizaciones de routing. Los protocolos de routing sin clase incluyen información de la máscara de subred en las actualizaciones de routing.
Los dos protocolos de routing IPv4 originales que se desarrollaron fueron RIPv1 e IGRP, que se crearon cuando las direcciones de red se asignaban según las clases (es decir, clase A, B o C). En ese entonces, no era necesario que un protocolo de routing incluyera la máscara de subred en la actualización de routing, debido a que era posible determinar la máscara de red sobre la base del primer octeto de la dirección de red.
Nota: solo RIPv1 e IGRP son protocolos con clase. El resto de los protocolos de routing IPv4 e IPv6 son protocolos sin clase. El direccionamiento con clase nunca fue parte de IPv6.
El hecho de que RIPv1 e IGRP no incluyan información de la máscara de subred en sus actualizaciones significa que no pueden proporcionar máscaras de subred de longitud variable (VLSM) ni routing entre dominios sin clase (CIDR).
Los protocolos de routing con clase también generan problemas en las redes no contiguas. Que una red sea no contigua significa que las subredes de la misma dirección de red principal con clase están separadas por una dirección de red con clase diferente.
Consulte la topología que se muestra en la figura 1 para ver un ejemplo de las limitaciones del routing con clase. Observe que las LAN del R1 (172.16.1.0/24) y del R3 (172.16.2.0/24) son subredes de la misma red de clase B (172.16.0.0/16), Están separadas por diferentes subredes con clase (192.168.1.0/30 y 192.168.2.0/30) de las mismas redes de clase C (192.168.1.0/24 y 192.168.2.0/24).
Cuando el R1 reenvía una actualización al R2, RIPv1 no incluye información de la máscara de subred con la actualización, sino que solamente reenvía la dirección de red de clase B 172.16.0.0.
El R2 recibe la actualización y la procesa. A continuación, crea una entrada para la red de clase B 172.16.0.0/16 y la agrega en la tabla de routing, como se muestra en la figura 2.
En la figura 3, se muestra que cuando el R3 reenvía una actualización al R2, tampoco incluye información de la máscara de subred y, por lo tanto, solamente reenvía la dirección de red con clase 172.16.0.0.
En la figura 4, el R2 recibe y procesa la actualización y agrega otra entrada para la dirección de red con clase 172.16.0.0/16 a su tabla de routing. Cuando hay dos entradas con métricas idénticas en la tabla de routing, el router comparte la carga de tráfico por igual entre los dos enlaces. Esto se conoce como “equilibrio de carga”.
Como se muestra en la figura 5, esto perjudica la conectividad de una red no contigua. Observe el comportamiento irregular de los comandos ping y traceroute.
Los dos protocolos de routing IPv4 originales que se desarrollaron fueron RIPv1 e IGRP, que se crearon cuando las direcciones de red se asignaban según las clases (es decir, clase A, B o C). En ese entonces, no era necesario que un protocolo de routing incluyera la máscara de subred en la actualización de routing, debido a que era posible determinar la máscara de red sobre la base del primer octeto de la dirección de red.
Nota: solo RIPv1 e IGRP son protocolos con clase. El resto de los protocolos de routing IPv4 e IPv6 son protocolos sin clase. El direccionamiento con clase nunca fue parte de IPv6.
El hecho de que RIPv1 e IGRP no incluyan información de la máscara de subred en sus actualizaciones significa que no pueden proporcionar máscaras de subred de longitud variable (VLSM) ni routing entre dominios sin clase (CIDR).
Los protocolos de routing con clase también generan problemas en las redes no contiguas. Que una red sea no contigua significa que las subredes de la misma dirección de red principal con clase están separadas por una dirección de red con clase diferente.
Consulte la topología que se muestra en la figura 1 para ver un ejemplo de las limitaciones del routing con clase. Observe que las LAN del R1 (172.16.1.0/24) y del R3 (172.16.2.0/24) son subredes de la misma red de clase B (172.16.0.0/16), Están separadas por diferentes subredes con clase (192.168.1.0/30 y 192.168.2.0/30) de las mismas redes de clase C (192.168.1.0/24 y 192.168.2.0/24).
Cuando el R1 reenvía una actualización al R2, RIPv1 no incluye información de la máscara de subred con la actualización, sino que solamente reenvía la dirección de red de clase B 172.16.0.0.
El R2 recibe la actualización y la procesa. A continuación, crea una entrada para la red de clase B 172.16.0.0/16 y la agrega en la tabla de routing, como se muestra en la figura 2.
En la figura 3, se muestra que cuando el R3 reenvía una actualización al R2, tampoco incluye información de la máscara de subred y, por lo tanto, solamente reenvía la dirección de red con clase 172.16.0.0.
En la figura 4, el R2 recibe y procesa la actualización y agrega otra entrada para la dirección de red con clase 172.16.0.0/16 a su tabla de routing. Cuando hay dos entradas con métricas idénticas en la tabla de routing, el router comparte la carga de tráfico por igual entre los dos enlaces. Esto se conoce como “equilibrio de carga”.
Como se muestra en la figura 5, esto perjudica la conectividad de una red no contigua. Observe el comportamiento irregular de los comandos ping y traceroute.
Protocolos de routing sin clase
Las redes modernas ya no utilizan la asignación de direcciones IP con clase y, por lo tanto, la máscara de subred no se puede determinar mediante el valor del primer octeto. Los protocolos de routing IPv4 sin clase (RIPv2, EIGRP, OSPF e IS-IS) incluyen la información de la máscara de subred con la dirección de red en las actualizaciones de routing. Los protocolos de routing sin clase admiten VLSM y CIDR.
Los protocolos de routing IPv6 son protocolos sin clase. La diferencia entre el tipo con clase y el tipo sin clase se aplica solo a los protocolos de routing IPv4. Se considera que todos los protocolos de routing IPv6 son protocolos sin clase, dado que incluyen la duración de prefijo con la dirección IPv6.Características de los protocolos de routing
Los protocolos de routing se pueden comparar según las siguientes características:
En la tabla de la ilustración, se resumen las características de cada protocolo de routing.- Velocidad de convergencia: define cuán rápido comparten información de routing y alcanzan un estado de conocimiento coherente los routers de la topología de la red. Cuanto más rápida sea la convergencia, más preferible será el protocolo. Los loops de routing pueden ser el resultado de tablas de routing incongruentes que no se han actualizado debido a la lenta convergencia de una red sujeta a cambios.
- Escalabilidad: define cuán grande puede ser una red, según el protocolo de routing implementado. Cuanto más grande sea la red, más escalable debe ser el protocolo de routing.
- Con clase o sin clase (uso de VLSM): los protocolos de routing con clase no incluyen la máscara de subred y no admiten VLSM. Los protocolos de routing sin clase incluyen la máscara de subred en las actualizaciones. Los protocolos de routing sin clase admiten VLSM y una mejor sumarización de ruta.
- Uso de recursos: incluye los requisitos de un protocolo de routing, como el espacio de memoria (RAM), la utilización de la CPU y el uso del ancho de banda del enlace. Una mayor cantidad de requisitos de recursos exige hardware más potente para admitir la operación del protocolo de routing además de los procesos de reenvío de paquetes.
- Implementación y mantenimiento: describen el nivel de conocimiento necesario para que un administrador de red ponga en funcionamiento y mantenga la red según el protocolo de routing implementado.
Métricas de los protocolos de routing
En algunos casos, un protocolo de routing obtiene información sobre más de una ruta hacia el mismo destino. Para seleccionar la mejor ruta, el protocolo de routing debe poder evaluar y diferenciar entre las rutas disponibles. Esto se logra mediante el uso de métricas de routing.
Una métrica es un valor mensurable que el protocolo de routing asigna a distintas rutas según la utilidad que tengan. En situaciones donde hay varias rutas hacia la misma red remota, las métricas de routing se utilizan para determinar el “costo” total de una ruta de origen a destino. Los protocolos de routing determinan la mejor ruta sobre la base del costo más bajo.
Los diferentes protocolos de routing pueden usar diferentes métricas. La métrica utilizada por un protocolo de routing no es comparable con la métrica utilizada por otro. Como resultado, dos protocolos de routing distintos pueden elegir diferentes rutas hacia el mismo destino.
A continuación, se indican algunos protocolos dinámicos y las métricas que utilizan:
En la animación de la ilustración, se muestra que el protocolo RIP elegiría la ruta con la menor cantidad de saltos, mientras que el protocolo OSPF elegiría la ruta con el mayor ancho de banda.Una métrica es un valor mensurable que el protocolo de routing asigna a distintas rutas según la utilidad que tengan. En situaciones donde hay varias rutas hacia la misma red remota, las métricas de routing se utilizan para determinar el “costo” total de una ruta de origen a destino. Los protocolos de routing determinan la mejor ruta sobre la base del costo más bajo.
Los diferentes protocolos de routing pueden usar diferentes métricas. La métrica utilizada por un protocolo de routing no es comparable con la métrica utilizada por otro. Como resultado, dos protocolos de routing distintos pueden elegir diferentes rutas hacia el mismo destino.
A continuación, se indican algunos protocolos dinámicos y las métricas que utilizan:
- Protocolo de información de routing (RIP): conteo de saltos.
- Protocolo OSPF (Abrir primero la ruta más corta): el costo de Cisco según el ancho de banda acumulativo de origen a destino.
- Protocolo mejorado de routing de gateway interior (EIGRP): ancho de banda mínimo, demora, carga, confiabilidad y unidad máxima de transmisión (MTU).
Funcionamiento del protocolo de routing dinámico
Todos los protocolos de routing están diseñados para descubrir redes remotas y adaptarse rápidamente cuando ocurre un cambio en la topología. El método que usa un protocolo de routing para lograr su propósito depende del algoritmo que use y de las características operativas de ese protocolo.
En general, las operaciones de un protocolo de routing dinámico pueden describirse de la siguiente manera:
1. El router envía y recibe mensajes de routing en sus interfaces.
2. El router comparte mensajes de routing e información de routing con otros routers que están usando el mismo protocolo de routing.
3. Los routers intercambian información de routing para obtener información sobre redes remotas.
4. Cuando un router detecta un cambio de topología, el protocolo de routing puede anunciar este cambio a otros routers.
Haga clic en Reproducir en la figura para ver una animación de un protocolo de routing dinámico en funcionamiento.En general, las operaciones de un protocolo de routing dinámico pueden describirse de la siguiente manera:
1. El router envía y recibe mensajes de routing en sus interfaces.
2. El router comparte mensajes de routing e información de routing con otros routers que están usando el mismo protocolo de routing.
3. Los routers intercambian información de routing para obtener información sobre redes remotas.
4. Cuando un router detecta un cambio de topología, el protocolo de routing puede anunciar este cambio a otros routers.
Arranque en frío
Todos los protocolos de routing siguen los mismos patrones de funcionamiento. Para ayudar a ilustrar esto, considere la siguiente situación en la que los tres routers ejecutan RIPv2.
Cuando un router se enciende, no tiene ninguna información sobre la topología de la red. Ni siquiera tiene conocimiento de que existen dispositivos en el otro extremo de sus enlaces. La única información que tiene un router proviene de su propio archivo de configuración almacenado en la NVRAM. Una vez que se un router arranca correctamente, aplica la configuración guardada. Si la asignación de direcciones IP está configurada de forma correcta, en primer lugar el router detecta sus propias redes conectadas directamente.
Haga clic en Reproducir en la ilustración para ver una animación de la detección inicial de las redes conectadas para cada router.
Observe la forma en que los routers avanzan a través del proceso de arranque y, luego, detectan las redes conectadas directamente y las máscaras de subred. Esta información se agrega a sus tablas de routing de la siguiente manera:
Con esta información inicial, los routers proceden a encontrar orígenes de ruta adicionales para sus tablas de routing.Cuando un router se enciende, no tiene ninguna información sobre la topología de la red. Ni siquiera tiene conocimiento de que existen dispositivos en el otro extremo de sus enlaces. La única información que tiene un router proviene de su propio archivo de configuración almacenado en la NVRAM. Una vez que se un router arranca correctamente, aplica la configuración guardada. Si la asignación de direcciones IP está configurada de forma correcta, en primer lugar el router detecta sus propias redes conectadas directamente.
Haga clic en Reproducir en la ilustración para ver una animación de la detección inicial de las redes conectadas para cada router.
Observe la forma en que los routers avanzan a través del proceso de arranque y, luego, detectan las redes conectadas directamente y las máscaras de subred. Esta información se agrega a sus tablas de routing de la siguiente manera:
- El R1 agrega la red 10.1.0.0 disponible a través de la interfaz FastEthernet 0/0, y 10.2.0.0 está disponible a través de la interfaz Serial 0/0/0.
- El R2 agrega la red 10.2.0.0 disponible a través de la interfaz Serial 0/0/0, y 10.3.0.0 está disponible a través de la interfaz Serial 0/0/1.
- El R3 agrega la red 10.3.0.0 disponible a través de la interfaz Serial 0/0/1, y 10.4.0.0 está disponible a través de la interfaz FastEthernet 0/0.
Detección de la red
Después del arranque inicial y del proceso de detección, la tabla de routing se actualiza con todas las redes conectadas directamente y las interfaces en que residen dichas redes.
Si se configura un protocolo de routing, el siguiente paso es que el router comience a intercambiar actualizaciones de routing para obtener información sobre rutas remotas.
El router envía un paquete de actualización por todas las interfaces habilitadas en el router. La actualización contiene la información en la tabla de routing, que en este momento consta de todas las redes conectadas directamente.
Al mismo tiempo, el router también recibe y procesa actualizaciones similares de otros routers conectados. Una vez recibida la actualización, el router revisa si contiene información de red nueva, y se agrega a la tabla de routing toda red que no esté incluida en ella aún.
Para ver la configuración de la topología entre tres routers (R1, R2 y R3 con RIPv2 habilitado), consulte la figura. Sobre la base de esta topología, a continuación se muestra una lista de las distintas actualizaciones que el R1, el R2 y el R3 envían y reciben durante la convergencia inicial.
R1:
R2:
R3:
Haga clic en Reproducir en la figura para ver una animación sobre cómo R1, R2 y R3 comienzan el intercambio inicial.
Después de esta primera ronda de intercambios de actualizaciones, cada router tiene información acerca de las redes conectadas de sus vecinos conectados directamente. Sin embargo, ¿observó que R1 todavía no tiene información acerca de 10.4.0.0 al igual que R3 acerca de 10.1.0.0? La información completa y la convergencia de la red no ocurren hasta que se produce otro intercambio de información de routing.
Si se configura un protocolo de routing, el siguiente paso es que el router comience a intercambiar actualizaciones de routing para obtener información sobre rutas remotas.
El router envía un paquete de actualización por todas las interfaces habilitadas en el router. La actualización contiene la información en la tabla de routing, que en este momento consta de todas las redes conectadas directamente.
Al mismo tiempo, el router también recibe y procesa actualizaciones similares de otros routers conectados. Una vez recibida la actualización, el router revisa si contiene información de red nueva, y se agrega a la tabla de routing toda red que no esté incluida en ella aún.
Para ver la configuración de la topología entre tres routers (R1, R2 y R3 con RIPv2 habilitado), consulte la figura. Sobre la base de esta topología, a continuación se muestra una lista de las distintas actualizaciones que el R1, el R2 y el R3 envían y reciben durante la convergencia inicial.
R1:
- Envía una actualización acerca de la red 10.1.0.0 desde la interfaz serial 0/0/0.
- Envía una actualización acerca de la red 10.2.0.0 desde la interfaz FastEthernet0/0.
- Recibe una actualización del R2 acerca de la red 10.3.0.0 e incrementa el conteo de saltos en 1.
- Almacena la red 10.3.0.0 en la tabla de routing con una métrica de 1.
R2:
- Envía una actualización acerca de la red 10.3.0.0 desde la interfaz serial 0/0/0.
- Envía una actualización acerca de la red 10.2.0.0 desde la interfaz serial 0/0/1.
- Recibe una actualización del R1 acerca de la red 10.1.0.0 e incrementa el conteo de saltos en 1.
- Almacena la red 10.1.0.0 en la tabla de routing con una métrica de 1.
- Recibe una actualización del R3 acerca de la red 10.4.0.0 e incrementa el conteo de saltos en 1.
- Almacena la red 10.4.0.0 en la tabla de routing con una métrica de 1.
R3:
- Envía una actualización acerca de la red 10.4.0.0 desde la interfaz serial 0/0/1.
- Envía una actualización acerca de la red 10.3.0.0 desde la interfaz FastEthernet0/0.
- Recibe una actualización del R2 acerca de la red 10.2.0.0 e incrementa el conteo de saltos en 1.
- Almacena la red 10.2.0.0 en la tabla de routing con una métrica de 1.
Haga clic en Reproducir en la figura para ver una animación sobre cómo R1, R2 y R3 comienzan el intercambio inicial.
Después de esta primera ronda de intercambios de actualizaciones, cada router tiene información acerca de las redes conectadas de sus vecinos conectados directamente. Sin embargo, ¿observó que R1 todavía no tiene información acerca de 10.4.0.0 al igual que R3 acerca de 10.1.0.0? La información completa y la convergencia de la red no ocurren hasta que se produce otro intercambio de información de routing.
Intercambio de información de routing
En este punto, los routers tienen información sobre sus propias redes conectadas directamente y las de sus vecinos más cercanos. Siguiendo el camino hacia la convergencia, los routers intercambian la siguiente ronda de actualizaciones periódicas. Cada router verifica las actualizaciones nuevamente para comprobar si hay información nueva.
Para ver la configuración de la topología entre tres routers (R1, R2 y R3), consulte la ilustración. Una vez que se completa el proceso de detección inicial, cada router continúa el proceso de convergencia mediante el envío y la recepción de las siguientes actualizaciones.
R1:
R2:
R3:
Haga clic en Reproducir en la figura para ver una animación sobre cómo R1, R2 y R3 envían la tabla de routing más reciente a sus vecinos.
Por lo general, los protocolos de routing vector distancia implementan una técnica para evitar los bucles de routing conocida como “horizonte dividido”. El horizonte dividido evita que la información se envíe desde la misma interfaz en la que se recibió dicha información. Por ejemplo, el R2 no envía una actualización que contenga la red 10.1.0.0 por la interfaz Serial 0/0/0, debido a que obtuvo información acerca de la red 10.1.0.0 a través de la interfaz Serial 0/0/0.
Una vez que los routers dentro de una red realizan la convergencia, el router puede utilizar la información que se encuentra en la tabla de routing para determinar la mejor ruta para llegar a un destino. Los distintos protocolos de routing tienen diferentes maneras de calcular la mejor ruta.Para ver la configuración de la topología entre tres routers (R1, R2 y R3), consulte la ilustración. Una vez que se completa el proceso de detección inicial, cada router continúa el proceso de convergencia mediante el envío y la recepción de las siguientes actualizaciones.
R1:
- Envía una actualización acerca de la red 10.1.0.0 desde la interfaz serial 0/0/0.
- Envía una actualización acerca de las redes 10.2.0.0 y 10.3.0.0 por la interfaz FastEthernet0/0.
- Recibe una actualización del R2 acerca de la red 10.4.0.0 e incrementa el conteo de saltos en 1.
- Almacena la red 10.4.0.0 en la tabla de routing con una métrica de 2.
- La misma actualización del R2 contiene información acerca de la red 10.3.0.0 con el valor de métrica 1. No se produce ningún cambio, por lo que la información de routing permanece igual.
R2:
- Envía una actualización acerca de las redes 10.3.0.0 y 10.4.0.0 por la interfaz Serial 0/0/0.
- Envía una actualización acerca de las redes 10.1.0.0 y 10.2.0.0 por la interfaz Serial 0/0/1.
- Recibe una actualización de R1 acerca de la red 10.1.0.0. No se produce ningún cambio, por lo que la información de routing permanece igual.
- Recibe una actualización de R3 acerca de la red 10.4.0.0. No se produce ningún cambio, por lo que la información de routing permanece igual.
R3:
- Envía una actualización acerca de la red 10.4.0.0 desde la interfaz serial 0/0/1.
- Envía una actualización acerca de las redes 10.2.0.0 y 10.3.0.0 por la interfaz FastEthernet0/0.
- Recibe una actualización del R2 acerca de la red 10.1.0.0 e incrementa el conteo de saltos en 1.
- Almacena la red 10.1.0.0 en la tabla de routing con una métrica de 2.
- La misma actualización del R2 contiene información acerca de la red 10.2.0.0 con el valor de métrica 1. No se produce ningún cambio, por lo que la información de routing permanece igual.
Haga clic en Reproducir en la figura para ver una animación sobre cómo R1, R2 y R3 envían la tabla de routing más reciente a sus vecinos.
Por lo general, los protocolos de routing vector distancia implementan una técnica para evitar los bucles de routing conocida como “horizonte dividido”. El horizonte dividido evita que la información se envíe desde la misma interfaz en la que se recibió dicha información. Por ejemplo, el R2 no envía una actualización que contenga la red 10.1.0.0 por la interfaz Serial 0/0/0, debido a que obtuvo información acerca de la red 10.1.0.0 a través de la interfaz Serial 0/0/0.
Cómo se logra la convergencia
La convergencia de la red se produce cuando todos los routers tienen información completa y precisa acerca de toda la red, como se muestra en la figura. El tiempo de convergencia es el tiempo que los routers tardan en compartir información, calcular las mejores rutas y actualizar sus tablas de routing. Una red no es completamente operativa hasta que la red logrado la convergencia; por lo tanto, la mayoría de las redes requieren tiempos de convergencia breves.
La convergencia es cooperativa e independiente al mismo tiempo. Los routers comparten información entre sí, pero deben calcular en forma independiente los impactos del cambio de topología en sus propias rutas. Dado que establecen un acuerdo con la nueva topología en forma independiente, se dice que convergen sobre este consenso.
Las propiedades de convergencia incluyen la velocidad de propagación de la información de routing y el cálculo de los caminos óptimos. La velocidad de propagación se refiere al tiempo que tardan los routers dentro de la red en reenviar la información de routing.
Los protocolos de routing pueden clasificarse en base a la velocidad de convergencia; cuanto más rápida sea la convergencia, mejor será el protocolo de routing. Generalmente, los protocolos más antiguos, como RIP, tienen una convergencia lenta, mientras que los protocolos modernos, como EIGRP y OSPF, la realizan más rápidamente.La convergencia es cooperativa e independiente al mismo tiempo. Los routers comparten información entre sí, pero deben calcular en forma independiente los impactos del cambio de topología en sus propias rutas. Dado que establecen un acuerdo con la nueva topología en forma independiente, se dice que convergen sobre este consenso.
Las propiedades de convergencia incluyen la velocidad de propagación de la información de routing y el cálculo de los caminos óptimos. La velocidad de propagación se refiere al tiempo que tardan los routers dentro de la red en reenviar la información de routing.
Tecnologías vector distancia
Los protocolos de routing vector distancia comparten actualizaciones entre vecinos. Los vecinos son routers que comparten un enlace y que están configurados para usar el mismo protocolo de routing. El router sólo conoce las direcciones de red de sus propias interfaces y las direcciones de red remota que puede alcanzar a través de sus vecinos. Los routers que utilizan el routing vector distancia no tienen información sobre la topología de la red.
Algunos protocolos de routing vector distancia envían actualizaciones periódicas. Por ejemplo, RIP envía una actualización periódica a todos sus vecinos cada 30 segundos; RIP lo hace incluso si la topología no ha cambiado. RIPv1 envía estas actualizaciones como difusiones a la dirección IPv4 255.255.255.255 de todos los hosts.
La difusión de actualizaciones periódicas es ineficiente debido a que las actualizaciones consumen ancho de banda y recursos de CPU del dispositivo de red. Cada dispositivo de red debe procesar un mensaje de difusión. En lugar de usar difusiones como RIP, RIPv2 y EIGRP puede utilizar direcciones de multidifusión para comunicarse solo con routers vecinos específicos. EIGRP también puede utilizar un mensaje de unidifusión para comunicarse con un router vecino específico. Además, EIGRP envía una actualización solo cuando se la necesita, en lugar de hacerlo de forma periódica.
Como se muestra en la ilustración, los dos protocolos de routing vector distancia IPv4 modernos son RIPv2 y EIGRP. RIPv1 e IGRP se incluyen solamente por motivos de precisión histórica.Algunos protocolos de routing vector distancia envían actualizaciones periódicas. Por ejemplo, RIP envía una actualización periódica a todos sus vecinos cada 30 segundos; RIP lo hace incluso si la topología no ha cambiado. RIPv1 envía estas actualizaciones como difusiones a la dirección IPv4 255.255.255.255 de todos los hosts.
La difusión de actualizaciones periódicas es ineficiente debido a que las actualizaciones consumen ancho de banda y recursos de CPU del dispositivo de red. Cada dispositivo de red debe procesar un mensaje de difusión. En lugar de usar difusiones como RIP, RIPv2 y EIGRP puede utilizar direcciones de multidifusión para comunicarse solo con routers vecinos específicos. EIGRP también puede utilizar un mensaje de unidifusión para comunicarse con un router vecino específico. Además, EIGRP envía una actualización solo cuando se la necesita, en lugar de hacerlo de forma periódica.
Algoritmo vector distancia
El algoritmo de routing se encuentra en el centro del protocolo vector distancia. El algoritmo se utiliza para calcular los mejores caminos y después enviar dicha información a los vecinos.
El algoritmo utilizado para los protocolos de routing define los siguientes procesos:
En la animación de la figura, R1 y R2 están configurados con el protocolo de routing RIP. El algoritmo envía y recibe actualizaciones. Tanto R1 como R2 obtienen información nueva de la actualización. En este caso, cada router obtiene información acerca de una red nueva. El algoritmo de cada router realiza los cálculos de manera independiente y actualiza la tabla de routing con la información nueva. Cuando la LAN del R2 deja de funcionar, el algoritmo compone una actualización dirigida y la envía al R1. Luego, R1 elimina la red de la tabla de routing.
Los diferentes protocolos de routing utilizan diversos algoritmos para instalar rutas en la tabla de routing, enviar actualizaciones a los vecinos y determinar las rutas. Por ejemplo:
El algoritmo utilizado para los protocolos de routing define los siguientes procesos:
- El mecanismo para enviar y recibir información de routing.
- El mecanismo para calcular las mejores rutas e instalar rutas en la tabla de routing.
- El mecanismo para detectar cambios en la topología y reaccionar ante ellos.
En la animación de la figura, R1 y R2 están configurados con el protocolo de routing RIP. El algoritmo envía y recibe actualizaciones. Tanto R1 como R2 obtienen información nueva de la actualización. En este caso, cada router obtiene información acerca de una red nueva. El algoritmo de cada router realiza los cálculos de manera independiente y actualiza la tabla de routing con la información nueva. Cuando la LAN del R2 deja de funcionar, el algoritmo compone una actualización dirigida y la envía al R1. Luego, R1 elimina la red de la tabla de routing.
Los diferentes protocolos de routing utilizan diversos algoritmos para instalar rutas en la tabla de routing, enviar actualizaciones a los vecinos y determinar las rutas. Por ejemplo:
- RIP utiliza el algoritmo de Bellman-Ford como algoritmo de routing. Se basa en dos algoritmos desarrollados por Richard Bellman y Lester Ford júnior en 1958 y 1956.
- IGRP y EIGRP utilizan el algoritmo de actualización por difusión (DUAL) como algoritmo de routing, desarrollado por el Dr. J.J. Garcia-Luna-Aceves en SRI International.
Protocolo de información de routing
El protocolo de información de routing (RIP) era un protocolo de routing de primera generación para IPv4 especificado inicialmente en RFC 1058. Dado que es fácil de configurar, es una buena opción para redes pequeñas.
Las características clave del protocolo RIPv1 son las siguientes:
En 1993, RIPv1 se actualizó para ser un protocolo de routing sin clase conocido como “RIP versión 2” (RIPv2). RIPv2 introdujo las siguientes mejoras:
En la tabla de la ilustración, se resumen las diferencias entre RIPv1 y RIPv2.
Las actualizaciones RIP se encapsulan en un segmento UDP, con los números de puerto de origen y de destino establecidos en el puerto UDP 520.
En 1997, se lanzó la versión de RIP con IPv6 habilitado. RIPng se basa en RIPv2. Aún tiene una limitación de 15 saltos, y la distancia administrativa es 120.Las características clave del protocolo RIPv1 son las siguientes:
- Las actualizaciones de routing se transmiten por difusión (255.255.255.255) cada 30 segundos.
- Se utiliza el conteo de saltos como métrica para la selección de rutas.
- Se considera que un conteo de saltos de más de 15 saltos es infinito (demasiado alejado); el router del decimoquinto salto no propagaría la actualización de routing al siguiente router.
En 1993, RIPv1 se actualizó para ser un protocolo de routing sin clase conocido como “RIP versión 2” (RIPv2). RIPv2 introdujo las siguientes mejoras:
- Protocolo de routing sin clase: admite VLSM y CIDR, debido a que incluye la máscara de subred en las actualizaciones de routing.
- Mayor eficiencia: reenvía actualizaciones a la dirección de multidifusión 224.0.0.9, en lugar de a la dirección de difusión 255.255.255.255.
- Entradas de routing reducidas: admite la sumarización de ruta manual en cualquier interfaz.
- Protección: admite un mecanismo de autenticación para proteger las actualizaciones de la tabla de routing entre vecinos.
En la tabla de la ilustración, se resumen las diferencias entre RIPv1 y RIPv2.
Las actualizaciones RIP se encapsulan en un segmento UDP, con los números de puerto de origen y de destino establecidos en el puerto UDP 520.
Protocolo de routing de gateway interior mejorado
El protocolo de routing de gateway interior (IGRP) fue el primer protocolo de routing IPv4 exclusivo desarrollado por Cisco en 1984. Tenía las siguientes características de diseño:
En 1992, el protocolo IGRP se vio reemplazado por IGRP mejorado (EIGRP). Al igual que RIPv2, EIGRP también introdujo compatibilidad con VLSM y CIDR. Con EIGRP se aumenta la eficiencia, se reducen las actualizaciones de routing y se admite el intercambio seguro de mensajes.
En la tabla de la ilustración, se resumen las diferencias entre IGRP y EIGRP.
EIGRP también introdujo lo siguiente:
- Se utilizan el ancho de banda, el retraso, la carga y la confiabilidad para crear una métrica compuesta.
- De manera predeterminada, las actualizaciones de routing se transmiten cada 90 segundos.
- Límite máximo de 255 saltos.
En 1992, el protocolo IGRP se vio reemplazado por IGRP mejorado (EIGRP). Al igual que RIPv2, EIGRP también introdujo compatibilidad con VLSM y CIDR. Con EIGRP se aumenta la eficiencia, se reducen las actualizaciones de routing y se admite el intercambio seguro de mensajes.
En la tabla de la ilustración, se resumen las diferencias entre IGRP y EIGRP.
EIGRP también introdujo lo siguiente:
- Actualizaciones dirigidas limitadas: no se envían actualizaciones periódicas. Solo se propagan los cambios de la tabla de routing, siempre que se produce un cambio. Esto reduce la cantidad de carga que el protocolo de routing coloca en la red. Que las actualizaciones sean dirigidas y limitadas significa que EIGRP solo envía actualizaciones a los vecinos que las necesitan. Se utiliza menos ancho de banda, especialmente en redes grandes con muchas rutas.
- Mecanismo de saludo keepalive: se intercambia periódicamente un pequeño mensaje de saludo para mantener adyacencias con los routers vecinos. Esto implica un uso muy bajo de los recursos de red durante la operación normal, en comparación con las actualizaciones periódicas.
- Mantenimiento de una tabla de topología: se mantienen todas las rutas recibidas de los vecinos (no sólo las mejores rutas) en una tabla de topología. DUAL puede insertar rutas de respaldo en la tabla de topología de EIGRP.
- Convergencia rápida: en la mayoría de los casos, se trata del IGP más rápido para realizar la convergencia debido a que mantiene rutas alternativas, lo que permite una convergencia casi instantánea. Si una ruta principal falla, el router puede utilizar la ruta alternativa ya identificada. El cambio a la ruta alternativa es inmediato y no implica interacción con otros routers.
- Compatibilidad con varios protocolos de capa de red: EIGRP utiliza módulos dependientes de protocolo (PDM), lo que significa que es el único protocolo compatible con otros protocolos además de IPv4 e IPv6, como el IPX antiguo y AppleTalk.
Protocolos SPF (Primero la ruta más corta)
A los protocolos de routing de estado de enlace también se les conoce como protocolos SPF y se desarrollan en torno al algoritmo SPF (primero la ruta más corta) de Edsger Dijkstra. El algoritmo SPF se analiza más detalladamente en una sección posterior.
En la ilustración, se muestran los protocolos de routing de estado de enlace IPv4:
Los protocolos de routing de estado de enlace son conocidos por presentar una complejidad bastante mayor que sus vectores distancia equivalentes. Sin embargo, la funcionalidad básica y la configuración de los protocolos de routing de estado de enlace son igualmente sencillas.
Al igual que RIP y EIGRP, las operaciones básicas de OSPF se pueden configurar mediante los siguientes comandos:
En la ilustración, se muestran los protocolos de routing de estado de enlace IPv4:
- Abrir primero la ruta más corta (OSPF)
- Sistema intermedio a sistema intermedio (IS-IS)
Los protocolos de routing de estado de enlace son conocidos por presentar una complejidad bastante mayor que sus vectores distancia equivalentes. Sin embargo, la funcionalidad básica y la configuración de los protocolos de routing de estado de enlace son igualmente sencillas.
Al igual que RIP y EIGRP, las operaciones básicas de OSPF se pueden configurar mediante los siguientes comandos:
- router ospf process-id (comando de configuración global)
- network (comando para anunciar redes)
Algoritmo de Dijkstra
Todos los protocolos de routing de estado de enlace aplican el algoritmo de Dijkstra para calcular la mejor ruta. A este algoritmo se le llama comúnmente “algoritmo SPF” (Primero la ruta más corta). Para determinar el costo total de una ruta, este algoritmo utiliza costos acumulados a lo largo de cada ruta, de origen a destino.
En la figura, cada ruta se rotula con un valor arbitrario para el costo. El costo de la ruta más corta para que el R2 envíe paquetes a la LAN conectada al R3 es 27. Cada router determina su propio costo hacia cada destino en la topología. En otros términos, cada router calcula el algoritmo SPF y determina el costo desde su propia perspectiva.
Nota: el objetivo central de esta sección es analizar el costo, el cual está determinado por el árbol SPF. Por este motivo, en los gráficos de esta sección se muestran las conexiones del árbol SPF y no la topología. Todos los enlaces se representan mediante una línea negra continua.
En la figura, cada ruta se rotula con un valor arbitrario para el costo. El costo de la ruta más corta para que el R2 envíe paquetes a la LAN conectada al R3 es 27. Cada router determina su propio costo hacia cada destino en la topología. En otros términos, cada router calcula el algoritmo SPF y determina el costo desde su propia perspectiva.
Nota: el objetivo central de esta sección es analizar el costo, el cual está determinado por el árbol SPF. Por este motivo, en los gráficos de esta sección se muestran las conexiones del árbol SPF y no la topología. Todos los enlaces se representan mediante una línea negra continua.
Proceso del routing de estado de enlace
Por lo tanto, ¿de qué manera exactamente funciona un protocolo de routing de estado de enlace? Con los protocolos de routing de estado de enlace, un enlace es una interfaz en un router. La información acerca del estado de dichos enlaces se conoce como estados de enlace.
Todos los routers de un área OSPF realizarán el siguiente proceso de routing genérico de estado de enlace para alcanzar un estado de convergencia:
1. Cada router obtiene información acerca de sus propios enlaces y sus propias redes conectadas directamente. Esto se logra al detectar que una interfaz se encuentra en el estado activado.
2. Cada router es responsable de reunirse con sus vecinos en redes conectadas directamente. Los routers de estado de enlace lo hacen mediante el intercambio paquetes de saludo con otros routers de estado de enlace en redes conectadas directamente.
3. Cada router crea un paquete de estado de enlace (LSP) que incluye el estado de cada enlace directamente conectado. Esto se realiza registrando toda la información pertinente acerca de cada vecino, que incluye el ID de vecino, el tipo de enlace y el ancho de banda.
4. Cada router satura a todos los vecinos con el LSP. Estos vecinos almacenan todos los LSP recibidos en una base de datos. A continuación, saturan a sus vecinos con los LSP hasta que todos los routers del área hayan recibido los LSP. Cada router almacena una copia de cada LSP recibido por parte de sus vecinos en una base de datos local.
5. Cada router utiliza la base de datos para construir un mapa completo de la topología y calcula el mejor camino hacia cada red de destino. En forma similar a tener un mapa de carretera, el router tiene ahora un mapa completo de todos los destinos de la topología y las rutas para alcanzarlos. El algoritmo SPF se utiliza para construir el mapa de la topología y determinar el mejor camino hacia cada red.
Nota: este proceso es el mismo para OSPF para IPv4 e IPv6. En los ejemplos de esta sección, se hará referencia a OSPF para IPv4.
Todos los routers de un área OSPF realizarán el siguiente proceso de routing genérico de estado de enlace para alcanzar un estado de convergencia:
1. Cada router obtiene información acerca de sus propios enlaces y sus propias redes conectadas directamente. Esto se logra al detectar que una interfaz se encuentra en el estado activado.
2. Cada router es responsable de reunirse con sus vecinos en redes conectadas directamente. Los routers de estado de enlace lo hacen mediante el intercambio paquetes de saludo con otros routers de estado de enlace en redes conectadas directamente.
3. Cada router crea un paquete de estado de enlace (LSP) que incluye el estado de cada enlace directamente conectado. Esto se realiza registrando toda la información pertinente acerca de cada vecino, que incluye el ID de vecino, el tipo de enlace y el ancho de banda.
4. Cada router satura a todos los vecinos con el LSP. Estos vecinos almacenan todos los LSP recibidos en una base de datos. A continuación, saturan a sus vecinos con los LSP hasta que todos los routers del área hayan recibido los LSP. Cada router almacena una copia de cada LSP recibido por parte de sus vecinos en una base de datos local.
5. Cada router utiliza la base de datos para construir un mapa completo de la topología y calcula el mejor camino hacia cada red de destino. En forma similar a tener un mapa de carretera, el router tiene ahora un mapa completo de todos los destinos de la topología y las rutas para alcanzarlos. El algoritmo SPF se utiliza para construir el mapa de la topología y determinar el mejor camino hacia cada red.
Nota: este proceso es el mismo para OSPF para IPv4 e IPv6. En los ejemplos de esta sección, se hará referencia a OSPF para IPv4.
Enlace y estado de enlace
El primer paso en el proceso de routing de estado de enlace es que cada router descubra sus propios enlaces y sus propias redes conectadas directamente. Cuando se configura una interfaz de router con una dirección IP y una máscara de subred, la interfaz se vuelve parte de esa red.
Consulte la topología en la Figura 1. A los fines de este análisis, suponga que el R1 se configuró previamente y que tenía plena conectividad a todos los vecinos. Sin embargo, se cortó la alimentación del R1 brevemente y tuvo que reiniciarse.
Durante el arranque, el R1 carga el archivo de configuración de inicio guardado. A medida que se activan las interfaces configuradas anteriormente, el R1 obtiene información sobre sus propias redes conectadas directamente. Más allá de los protocolos de routing utilizados, dichas redes conectadas directamente ahora constituyen entradas en la tabla de routing.
Como ocurre con los protocolos vector distancia y las rutas estáticas, la interfaz debe configurarse de manera adecuada con una dirección IPv4 y una máscara de subred, y el enlace debe encontrarse en estado activo antes de que el protocolo de routing de estado de enlace pueda obtener información sobre un enlace. Asimismo, como ocurre con los protocolos vector distancia, la interfaz debe incluirse en una de las instrucciones network de configuración del router para que pueda participar en el proceso de routing de estado de enlace.
En la figura 1, se muestra el R1 enlazado a cuatro redes conectadas directamente:
Como se muestra en las figuras 2 a 5, la información de estado de enlace incluye lo siguiente:
Nota: la implementación de OSPF de Cisco especifica la métrica de routing OSPF como el costo del enlace sobre la base del ancho de banda de la interfaz de salida. A los fines de este capítulo, utilizamos valores de costo arbitrarios para simplificar la demostración.Consulte la topología en la Figura 1. A los fines de este análisis, suponga que el R1 se configuró previamente y que tenía plena conectividad a todos los vecinos. Sin embargo, se cortó la alimentación del R1 brevemente y tuvo que reiniciarse.
Durante el arranque, el R1 carga el archivo de configuración de inicio guardado. A medida que se activan las interfaces configuradas anteriormente, el R1 obtiene información sobre sus propias redes conectadas directamente. Más allá de los protocolos de routing utilizados, dichas redes conectadas directamente ahora constituyen entradas en la tabla de routing.
Como ocurre con los protocolos vector distancia y las rutas estáticas, la interfaz debe configurarse de manera adecuada con una dirección IPv4 y una máscara de subred, y el enlace debe encontrarse en estado activo antes de que el protocolo de routing de estado de enlace pueda obtener información sobre un enlace. Asimismo, como ocurre con los protocolos vector distancia, la interfaz debe incluirse en una de las instrucciones network de configuración del router para que pueda participar en el proceso de routing de estado de enlace.
En la figura 1, se muestra el R1 enlazado a cuatro redes conectadas directamente:
- FastEthernet 0/0, 10.1.0.0/16
- Serial 0/0/0, 10.2.0.0/16
- Serial 0/0/1, 10.3.0.0/16
- Serial 0/1/0, 10.4.0.0/16
Como se muestra en las figuras 2 a 5, la información de estado de enlace incluye lo siguiente:
- La dirección IPv4 y la máscara de subred de la interfaz
- El tipo de red, como Ethernet (difusión) o enlace serial punto a punto
- El costo de dicho enlace
- Cualquier router vecino en dicho enlace
Saludo
El segundo paso en el proceso de routing de estado de enlace es que cada router asume la responsabilidad de encontrarse con sus vecinos en redes conectadas directamente.
Los routers con protocolos de routing de estado de enlace utilizan un protocolo de saludo para detectar cualquier vecino en sus enlaces. Un vecino es cualquier otro router habilitado con el mismo protocolo de routing de estado de enlace.
Haga clic en Reproducir en la ilustración para ver una animación sobre el proceso de detección de vecinos de estado de enlace con paquetes de saludo.
En la animación, R1 envía paquetes de saludo por sus enlaces (interfaces) para detectar a sus vecinos. R2, R3 y R4 responden al paquete de saludo con sus propios paquetes de saludo debido a que dichos routers están configurados con el mismo protocolo de routing de estado de enlace. No hay vecinos fuera de la interfaz FastEthernet 0/0. Debido a que el R1 no recibe un saludo en esta interfaz, no continúa con los pasos del proceso de routing de estado de enlace para el enlace FastEthernet 0/0.
Cuando dos routers de estado de enlace descubren que son vecinos, forman una adyacencia. Estos pequeños paquetes de saludo continúan intercambiándose entre dos vecinos adyacentes y cumplen la función de keepalive (mantenimiento de la conexión) para monitorear el estado del vecino. Si un router deja de recibir paquetes de saludo por parte de un vecino, dicho vecino se considera inalcanzable y se rompe la adyacencia.Los routers con protocolos de routing de estado de enlace utilizan un protocolo de saludo para detectar cualquier vecino en sus enlaces. Un vecino es cualquier otro router habilitado con el mismo protocolo de routing de estado de enlace.
Haga clic en Reproducir en la ilustración para ver una animación sobre el proceso de detección de vecinos de estado de enlace con paquetes de saludo.
En la animación, R1 envía paquetes de saludo por sus enlaces (interfaces) para detectar a sus vecinos. R2, R3 y R4 responden al paquete de saludo con sus propios paquetes de saludo debido a que dichos routers están configurados con el mismo protocolo de routing de estado de enlace. No hay vecinos fuera de la interfaz FastEthernet 0/0. Debido a que el R1 no recibe un saludo en esta interfaz, no continúa con los pasos del proceso de routing de estado de enlace para el enlace FastEthernet 0/0.
Construcción del paquete de estado de enlace
El tercer paso en el proceso de routing de estado de enlace es que cada router cree un paquete de estado de enlace (LSP) que contiene el estado de cada enlace conectado directamente.
Una vez que un router establece sus adyacencias puede armar su LSP, el que contiene la información de estado de enlace de sus enlaces. Una versión simplificada de LSP del R1, que se muestra en la ilustración, contendría lo siguiente:
1. R1; Red Ethernet 10.1.0.0/16; Costo 2
2. 2. R1 -> R2; Red serial punto a punto; 10.2.0.0/16; Costo 20
3. 2. R1 -> R3; Red serial punto a punto; 10.3.0.0/16; Costo 5
4. R1 -> R4; Red serial punto a punto; 10.4.0.0/16; Costo 20Una vez que un router establece sus adyacencias puede armar su LSP, el que contiene la información de estado de enlace de sus enlaces. Una versión simplificada de LSP del R1, que se muestra en la ilustración, contendría lo siguiente:
1. R1; Red Ethernet 10.1.0.0/16; Costo 2
2. 2. R1 -> R2; Red serial punto a punto; 10.2.0.0/16; Costo 20
3. 2. R1 -> R3; Red serial punto a punto; 10.3.0.0/16; Costo 5
Saturación con LSP
El cuarto paso en el proceso de routing de estado de enlace es que cada router satura con LSP a todos los vecinos, quienes luego almacenan todos los LSP recibidos en una base de datos.
Cada router satura a todos los demás routers de estado de enlace en el área de routing con su información de estado de enlace. Siempre que un router recibe un LSP de un router vecino, envía de inmediato dicho LSP a todas las demás interfaces, excepto la interfaz que recibió el LSP. Este proceso crea un efecto de saturación de los LSP desde todos los routers a través del área de routing.
Haga clic en Reproducir en la figura para ver una animación del envío masivo de LSP.
En la animación, observe cómo se lleva a cabo la saturación con LSP de forma casi inmediata después de ser recibidos sin ningún cálculo intermedio. Los protocolos de routing de estado de enlace calculan el algoritmo SPF una vez que finaliza la saturación. Como resultado, los protocolos de routing de estado de enlace logran la convergencia muy rápidamente.
Recuerde que los LSP no necesitan enviarse periódicamente. Un LSP sólo necesita enviarse:
Además de la información de estado de enlace, se incluye información adicional en el LSP, como los números de secuencia y la información de vencimiento, para ayudar a administrar el proceso de saturación. Cada router utiliza esta información para determinar si ya recibió el LSP de otro router o si el LSP tiene información más nueva que la contenida en la base de datos del estado de enlace. Este proceso permite que un router conserve sólo la información más actual en su base de datos de estado de enlace.Cada router satura a todos los demás routers de estado de enlace en el área de routing con su información de estado de enlace. Siempre que un router recibe un LSP de un router vecino, envía de inmediato dicho LSP a todas las demás interfaces, excepto la interfaz que recibió el LSP. Este proceso crea un efecto de saturación de los LSP desde todos los routers a través del área de routing.
Haga clic en Reproducir en la figura para ver una animación del envío masivo de LSP.
En la animación, observe cómo se lleva a cabo la saturación con LSP de forma casi inmediata después de ser recibidos sin ningún cálculo intermedio. Los protocolos de routing de estado de enlace calculan el algoritmo SPF una vez que finaliza la saturación. Como resultado, los protocolos de routing de estado de enlace logran la convergencia muy rápidamente.
Recuerde que los LSP no necesitan enviarse periódicamente. Un LSP sólo necesita enviarse:
- Durante el arranque inicial del proceso del protocolo de routing (por ejemplo, en el reinicio del router)
- Cuando hay un cambio en la topología (por ejemplo, un enlace que se desactiva o activa, o una adyacencia de vecinos que se establece o se rompe)
Armado de la base de datos de estado de enlace
El paso final en el proceso de routing de estado de enlace es que cada router utiliza la base de datos para construir un mapa completo de la topología y calcula la mejor ruta para cada red de destino.
Finalmente, todos los routers reciben un LSP de todos los demás routers de estado de enlace en el área de routing. Dichos LSP se almacenan en la base de datos de estado de enlace.
En el ejemplo en la ilustración, se muestra el contenido de la base de datos de estado de enlace del R1.
Como resultado del proceso de saturación, el R1 obtuvo la información de estado de enlace para cada router de su área de routing. Observe que R1 también incluye su propia información de estado de enlace en la base de datos de estado de enlace.
Con una base de datos de estado de enlace completa, el R1 ahora puede utilizar la base de datos y el algoritmo SPF (Primero la ruta más corta) para calcular la ruta preferida o la ruta más corta a cada red, lo que da como resultado el árbol SPF.Finalmente, todos los routers reciben un LSP de todos los demás routers de estado de enlace en el área de routing. Dichos LSP se almacenan en la base de datos de estado de enlace.
En el ejemplo en la ilustración, se muestra el contenido de la base de datos de estado de enlace del R1.
Como resultado del proceso de saturación, el R1 obtuvo la información de estado de enlace para cada router de su área de routing. Observe que R1 también incluye su propia información de estado de enlace en la base de datos de estado de enlace.
Construcción del árbol SPF
Cada router en el área de routing utiliza la base de datos de estado de enlace y el algoritmo SPF para armar el árbol SPF.
Por ejemplo, utilizando la información de estado de enlace de todos los demás routers, el R1 ahora puede comenzar a armar un árbol SPF de la red. Para comenzar, el algoritmo SPF interpreta el LSP de cada router para identificar las redes y los costos asociados.
En la figura 1, el R1 identifica sus redes conectadas directamente y los costos.
En las figuras 2 a 5, el R1 continúa agregando toda red desconocida y sus costos asociados al árbol SPF. Observe que el R1 ignora cualquier red que ya haya identificado.
A continuación, el algoritmo SPF calcula las rutas más cortas para llegar a cada red individual, lo que da como resultado el árbol SPF como se muestra en la figura 6. El R1 ahora tiene una vista de topología completa del área de estado de enlace.
Cada router construye su propio árbol SPF independientemente de los otros routers. Para garantizar el routing adecuado, las bases de datos de estado de enlace utilizadas para construir dichos árboles deben ser idénticas en todos los routers.Por ejemplo, utilizando la información de estado de enlace de todos los demás routers, el R1 ahora puede comenzar a armar un árbol SPF de la red. Para comenzar, el algoritmo SPF interpreta el LSP de cada router para identificar las redes y los costos asociados.
En la figura 1, el R1 identifica sus redes conectadas directamente y los costos.
En las figuras 2 a 5, el R1 continúa agregando toda red desconocida y sus costos asociados al árbol SPF. Observe que el R1 ignora cualquier red que ya haya identificado.
A continuación, el algoritmo SPF calcula las rutas más cortas para llegar a cada red individual, lo que da como resultado el árbol SPF como se muestra en la figura 6. El R1 ahora tiene una vista de topología completa del área de estado de enlace.
Agregado de rutas OSPF a la tabla de routing
Al utilizar la información de la ruta más corta determinada por el algoritmo SPF, dichas rutas ahora pueden agregarse a la tabla de routing. En la ilustración, se muestran las rutas que se agregaron a la tabla de routing IPv4 del R1.
La tabla de routing también incluye todas las redes conectadas directamente y las rutas provenientes de cualquier otro origen, tales como las rutas estáticas. Los paquetes ahora se reenvían según dichas entradas en la tabla de routing.¿Por qué utilizar protocolos de estado de enlace?
Como se muestra en la ilustración, los protocolos de routing de estado de enlace presentan varias ventajas en comparación con los protocolos de routing vector distancia.
- Armado de un mapa topológico: los protocolos de routing de estado de enlace crean un mapa topológico —o árbol de SPF— a partir de la topología de la red. Debido a que los protocolos de routing de estado de enlace intercambian estados de enlace, el algoritmo SPF puede crear un árbol SPF de la red. Al utilizar el árbol SPF, cada router puede determinar en forma independiente la ruta más corta a cada red.
- Convergencia rápida: cuando reciben un LSP, los protocolos de routing de estado de enlace saturan de inmediato todas las interfaces con el LSP, excepto la interfaz desde la que se lo recibió. En cambio, el protocolo RIP necesita procesar cada actualización de routing y actualizar su tabla de routing antes de saturar otras interfaces.
- Actualizaciones desencadenadas por eventos: después de la saturación inicial con LSP, los protocolos de routing de estado de enlace solo envían un LSP cuando se produce un cambio en la topología. El LSP sólo incluye la información relacionada con el enlace afectado. A diferencia de algunos protocolos de routing vector distancia, los protocolos de routing de estado de enlace no envían actualizaciones periódicas.
- Diseño jerárquico: los protocolos de routing de estado de enlace utilizan el concepto de áreas. Las áreas múltiples crean un diseño jerárquico para redes y permiten un mejor agregado de rutas (sumarización) y el aislamiento de los problemas de routing dentro del área.
Desventajas de los protocolos de estado de enlace
Como se resume en la figura 1, los protocolos de estado de enlace también tienen algunas desventajas en comparación con los protocolos de routing de vector distancia:
Sin embargo, los protocolos de routing de estado de enlace modernos están diseñados para minimizar los efectos en la memoria, la CPU y el ancho de banda. La utilización y configuración de áreas múltiples puede reducir el tamaño de las bases de datos de estado de enlace. Las áreas múltiples pueden limitar el grado de envío masivo de la información de estado de enlace en un dominio de routing y enviar los LSP solo a aquellos routers que los necesitan. Cuando hay un cambio en la topología, solo los routers del área afectada reciben el LSP y ejecutan el algoritmo SPF. Esto puede ayudar a aislar un enlace inestable en un área específica en el dominio de routing.
Por ejemplo, en la figura 2 hay tres dominios de routing independientes: área 1, área 0 y área 51. Si una red en el área 51 deja de funcionar, solo los routers en esa área se saturan con el LSP que contiene la información sobre dicho enlace fuera de servicio. Únicamente los routers del área 51 necesitan actualizar sus bases de datos de estado de enlace, volver a ejecutar el algoritmo SPF, crear un nuevo árbol SPF y actualizar sus tablas de routing. Los routers de otras áreas descubren que esta ruta no funciona, pero esto se realiza con un tipo de LSP que no los obliga a volver a ejecutar su algoritmo SPF. Los routers de otras áreas pueden actualizar sus tablas de routing directamente.- Requisitos de memoria: los protocolos de estado de enlace requieren memoria adicional para crear y mantener la base de datos de estado de enlace y el árbol SPF.
- Requisitos de procesamiento: los protocolos de estado de enlace también pueden requerir un mayor procesamiento de CPU que los protocolos de routing vector distancia. El algoritmo SPF requiere un mayor tiempo de CPU que los algoritmos vector distancia, como Bellman-Ford, ya que los protocolos de estado de enlace arman un mapa completo de la topología.
- Requisitos de ancho de banda: la saturación de paquetes de estado de enlace puede ejercer un impacto negativo en el ancho de banda disponible en una red. Si bien esto sólo debería ocurrir durante la puesta en marcha inicial de los routers, también podría ser un problema en redes inestables.
Sin embargo, los protocolos de routing de estado de enlace modernos están diseñados para minimizar los efectos en la memoria, la CPU y el ancho de banda. La utilización y configuración de áreas múltiples puede reducir el tamaño de las bases de datos de estado de enlace. Las áreas múltiples pueden limitar el grado de envío masivo de la información de estado de enlace en un dominio de routing y enviar los LSP solo a aquellos routers que los necesitan. Cuando hay un cambio en la topología, solo los routers del área afectada reciben el LSP y ejecutan el algoritmo SPF. Esto puede ayudar a aislar un enlace inestable en un área específica en el dominio de routing.
Protocolos que utilizan estado de enlace
Existen solamente dos protocolos de routing de estado de enlace: OSPF e IS-IS.
El protocolo OSPF (Abrir primero la ruta más corta) es la implementación más popular. Fue diseñado por el grupo de trabajo de OSPF del Grupo de trabajo de ingeniería de Internet (IETF). El desarrollo de OSPF comenzó en 1987 y actualmente hay dos versiones en uso:
Nota: con la característica de familias de direcciones de OSPFv3, esta versión del protocolo es compatible con IPv4 e IPv6.
El protocolo Sistema intermedio a sistema intermedio (IS-IS) fue diseñado por la Organización Internacional de Normalización (ISO) y se describe en la norma ISO 10589. La primera aplicación de este protocolo de routing se desarrolló en Digital Equipment Corporation (DEC) y se conoce como DECnet Phase V. Radia Perlman fue el principal diseñador del protocolo de routing IS-IS.
IS-IS se diseñó originalmente para el suite de protocolos de OSI y no para el suites de protocolo de TCP/IP. Más adelante, IS-IS integrado, o IS-IS doble, incluyó la compatibilidad con redes IP. Si bien se conoció a IS-IS como el protocolo de routing más utilizado por proveedores e ISP, se están comenzando a utilizar más redes IS-IS corporativas.
OSPF e IS-IS presentan varias similitudes, pero también tienen varias diferencias. Existen posturas a favor de OSPF y a favor de IS-IS que analizan y debaten las ventajas de un protocolo de routing frente al otro. Sin embargo, ambos protocolos de routing brindan la funcionalidad de routing necesaria para una corporación o un ISP grande.
El protocolo OSPF (Abrir primero la ruta más corta) es la implementación más popular. Fue diseñado por el grupo de trabajo de OSPF del Grupo de trabajo de ingeniería de Internet (IETF). El desarrollo de OSPF comenzó en 1987 y actualmente hay dos versiones en uso:
- OSPFv2: OSPF para redes IPv4 (RFC 1247 y RFC 2328)
- OSPFv3: OSPF para redes IPv6 (RFC 2740)
Nota: con la característica de familias de direcciones de OSPFv3, esta versión del protocolo es compatible con IPv4 e IPv6.
El protocolo Sistema intermedio a sistema intermedio (IS-IS) fue diseñado por la Organización Internacional de Normalización (ISO) y se describe en la norma ISO 10589. La primera aplicación de este protocolo de routing se desarrolló en Digital Equipment Corporation (DEC) y se conoce como DECnet Phase V. Radia Perlman fue el principal diseñador del protocolo de routing IS-IS.
IS-IS se diseñó originalmente para el suite de protocolos de OSI y no para el suites de protocolo de TCP/IP. Más adelante, IS-IS integrado, o IS-IS doble, incluyó la compatibilidad con redes IP. Si bien se conoció a IS-IS como el protocolo de routing más utilizado por proveedores e ISP, se están comenzando a utilizar más redes IS-IS corporativas.
OSPF e IS-IS presentan varias similitudes, pero también tienen varias diferencias. Existen posturas a favor de OSPF y a favor de IS-IS que analizan y debaten las ventajas de un protocolo de routing frente al otro. Sin embargo, ambos protocolos de routing brindan la funcionalidad de routing necesaria para una corporación o un ISP grande.
Nota: Un estudio más detallado de IS-IS no está contemplado en este curso.
Resumen
Los routers utilizan protocolos de routing dinámico para facilitar el intercambio de información de routing entre ellos. El propósito de los protocolos de routing dinámico incluye lo siguiente: detección de redes remotas, mantenimiento de información de routing actualizada, selección de la mejor ruta hacia las redes de destino y capacidad para encontrar una mejor ruta nueva si la ruta actual deja de estar disponible. Si bien los protocolos de routing dinámico requieren menos sobrecarga administrativa que el routing estático, requieren dedicar parte de los recursos de un router a la operación del protocolo, incluidos tiempo de CPU y ancho de banda del enlace de red.
Las redes generalmente utilizan una combinación de routing estático y dinámico. El routing dinámico es la mejor opción para las redes grandes, y el routing estático es más adecuado para las redes de rutas internas.
Cuando se produce un cambio en la topología, los protocolos de routing propagan esa información por todo el dominio de routing. El proceso para lograr que todas las tablas de routing alcancen un estado de coherencia, en el cual todos los routers en el mismo dominio o área de routing tienen información completa y precisa acerca de la red, se denomina “convergencia”. Algunos protocolos de routing convergen más rápido que otros.
Los protocolos de routing usan métricas para determinar el mejor camino o la ruta más corta para llegar a una red de destino. Diferentes protocolos de routing pueden usar diferentes métricas. Por lo general, una métrica inferior indica un mejor camino. Las métricas utilizadas por los protocolos de routing dinámico incluyen saltos, ancho de banda, demora, confiabilidad y carga.
Los protocolos de routing pueden clasificarse como con clase o sin clase, vector distancia o estado de enlace, y protocolo de gateway interior o protocolo de gateway exterior.
Los protocolos vector distancia utilizan routers como “letreros” a lo largo de la ruta hacia el destino final. La única información que conoce el router sobre una red remota es la distancia o métrica para llegar a esa red y qué ruta o interfaz usar para alcanzarla. Los protocolos de routing vector distancia no tienen un mapa en sí de la topología de la red. Los protocolos de vector distancia modernos son RIPv2, RIPng y EIGRP.
Un router configurado con un protocolo de routing de estado de enlace puede crear una “vista completa” o una topología de la red al reunir información proveniente de todos los demás routers. Esta información se recopila utilizando paquetes de estado de enlace (LSP).
Los protocolos de routing de estado de enlace aplican el algoritmo de Dijkstra para calcular la mejor ruta. A este algoritmo se le llama comúnmente “algoritmo SPF” (Primero la ruta más corta). Para determinar el costo total de una ruta, este algoritmo utiliza costos acumulados a lo largo de cada ruta, de origen a destino. Los protocolos de routing de estado de enlace son IS-IS y OSPF.
Las redes generalmente utilizan una combinación de routing estático y dinámico. El routing dinámico es la mejor opción para las redes grandes, y el routing estático es más adecuado para las redes de rutas internas.
Cuando se produce un cambio en la topología, los protocolos de routing propagan esa información por todo el dominio de routing. El proceso para lograr que todas las tablas de routing alcancen un estado de coherencia, en el cual todos los routers en el mismo dominio o área de routing tienen información completa y precisa acerca de la red, se denomina “convergencia”. Algunos protocolos de routing convergen más rápido que otros.
Los protocolos de routing usan métricas para determinar el mejor camino o la ruta más corta para llegar a una red de destino. Diferentes protocolos de routing pueden usar diferentes métricas. Por lo general, una métrica inferior indica un mejor camino. Las métricas utilizadas por los protocolos de routing dinámico incluyen saltos, ancho de banda, demora, confiabilidad y carga.
Los protocolos de routing pueden clasificarse como con clase o sin clase, vector distancia o estado de enlace, y protocolo de gateway interior o protocolo de gateway exterior.
Los protocolos vector distancia utilizan routers como “letreros” a lo largo de la ruta hacia el destino final. La única información que conoce el router sobre una red remota es la distancia o métrica para llegar a esa red y qué ruta o interfaz usar para alcanzarla. Los protocolos de routing vector distancia no tienen un mapa en sí de la topología de la red. Los protocolos de vector distancia modernos son RIPv2, RIPng y EIGRP.
Un router configurado con un protocolo de routing de estado de enlace puede crear una “vista completa” o una topología de la red al reunir información proveniente de todos los demás routers. Esta información se recopila utilizando paquetes de estado de enlace (LSP).
Los protocolos de routing de estado de enlace aplican el algoritmo de Dijkstra para calcular la mejor ruta. A este algoritmo se le llama comúnmente “algoritmo SPF” (Primero la ruta más corta). Para determinar el costo total de una ruta, este algoritmo utiliza costos acumulados a lo largo de cada ruta, de origen a destino. Los protocolos de routing de estado de enlace son IS-IS y OSPF.