Introducción a los Routers 

Primera Parte

1. Introducción

Este proyecto es una parte de un gran proyecto que la Escola Universitaria Politécnica de Mataró ha emprendido con el objetivo de poder diseñar distintas redes con todos sus componentes.

Estas redes podrán ser Ethernet, Token Ring en el caso de redes locales (LAN) y Frame Relay, RDSI, punto a punto etc... por lo que corresponde a Redes de área extensa, también conocidas como WAN.

Sus componentes electrónicos, Hub, switches, Routers son partes vitales dentro de este proyecto y merecen un estudio muy detallado si queremos obtener resultados que se acerquen a la realidad. Por este motivo tanto el diseño y simulación de los componentes electrónicos como las distintas redes son proyectos individuales.

2. Objetivos

Así pues el objetivo de este trabajo es el de diseñar y simular un ROUTER en el entorno de programación LLULL (P.A.D.D.), con el fin de poder evaluar su comportamiento en distintas redes antes de construirlas definitivamente.

Esta simulación también nos permitirá poder configurar el Router y observar el rendimiento que es capaz de obtener en relación con sus características, como por ejemplo, el tamaño de las colas de entrada, el tiempo de acceso a la Tabla de reenvío, el tamaño de la memoria donde almacena las direcciones hardware de direcciones IP destino, etc.

Todas estas observaciones nos acercarán mucho a la realidad de la red que vayamos a construir y de esta manera nos aseguraremos que ésta cumplirá los requisitos que se necesitan de antemano.

La simulación es en PADD ya que este lenguaje de programación nos permite simular sistemas en paralelo y hardware con mucha facilidad. La utilización del ‘Entorno LLULL’ es debida a que éste ha desarrollado un entorno de programación en padd más avanzado que el antiguo editor (edfd) y más amable a la hora de trabajar con él.

3. Base Teórica

En esta apartado se dan a conocer las características de un Router y los conocimientos indispensables para comprender su funcionamiento dentro de una red de redes. Hablaré de router refiriéndome al dispositivo que hace las funciones de enrutar datagramas y de anfitrión como la máquina que dentro de una red genera o recibe información.

3.1 Sistema de entrega sin conexión

El servicio más importante de la red de redes consiste en un sistema de entrega de paquetes. Técnicamente, el servicio se define como un sistema de entrega de paquetes sin conexión y con el mejor esfuerzo, análogo al servicio proporcionado por el hardware de red que opera con un paradigma de entrega con el mejor esfuerzo. El servicio se conoce como no confiable porque la entrega no está garantizada. Los paquetes se pueden perder, duplicar, retrasar o entregar sin orden, pero el servicio no detectará estas condiciones ni informará al emisor o al receptor. El servicio es llamado sin conexión dado que cada paquete es tratado de manera independiente de todos los demás. Una secuencia de paquetes que se envían de una computadora a otra puede viajar por diferentes rutas, algunos de ellos pueden perderse mientras otros se entregan. Se dice que el servicio trabaja con base en una entrega con el mayor esfuerzo porque el software de red de redes hace un serio intento por entregar los paquetes. Esto es, la red de redes no descarta paquetes caprichosamente, la falta de confiabilidad aparece sólo cuando los recursos están agotados o la red subyacente falla.

3.2 El protocolo de Internet (IP)

Es el protocolo que define el mecanismo de entrega sin conexión y no confiable. El protocolo IP proporciona tres definiciones importantes. Primero, define la unidad básica para la transferencia de datos utilizada a través de una red de redes TCP/IP. Es decir, especifica el formato exacto de todos los datos que pasarán a través de una red de redes TCP/IP. Segundo, el software IP realiza la función de ruteo, seleccionando la ruta por la que los datos serán enviados. Tercero, además de aportar especificaciones formales para el formato de los datos y el ruteo, el IP incluye un conjunto de reglas que le dan forma a la hora de entrega de paquetes no confiables. Las reglas caracterizan la forma en que los anfitriones y routers deben procesar los paquetes, cómo y cuando se deben generar los mensajes de error y las condiciones bajo las cuales los paquetes deben ser descartados. El IP es una parte fundamental del diseño de la red de redes TCP/IP.

3.2.1 El datagrama de Internet

El parecido entre una red física y una red de redes TCP/IP es muy grande. En la red física la unidad de transferencia es una trama que contiene un encabezado y datos, donde el encabezado contiene información sobre la dirección de la fuente (física) y el destino. La red de redes llama a esta unidad de transferencia básica datagrama Internet, a veces datagrama IP o simplemente datagrama. Como una trama común de red física, un datagrama se divide en áreas de encabezado y datos. También como una trama, el encabezado del datagrama contiene la dirección de la fuente y del destino. La diferencia es que le encabezado contiene direcciones IP en tanto que el encabezado de la trama contiene direcciones físicas.

3.2.2 Encapsulación de datagramas

La idea de transportar un datagrama dentro de una trama de red es conocida como encapsulación. Para la red subyacente un datagrama es como cualquier otro mensaje que se envía de una máquina a otra. El hardware no reconoce el formato del datagrama ni entiende las direcciones de destino IP. Así, cuando una máquina envía un datagrama IP hacía otra, el datagrama completo viaja en la porción de datos de la trama de red.

3.2.3 Formato del datagrama

Una vez descrita la posición general del datagrama IP se puede observar su contenido con mayor detalle (figura 3.3).

Figura 3.3. Formato del Datagrama IP

Debido a que el proceso de datagramas se da en el software, el contenido y el formato no está condicionado por ningún tipo de hardware. Por ejemplo, el primer campo de 4 bits en un datagrama (Vers) contiene la versión del protocolo IP que se utilizó para crear el datagrama. Todo software IP debe verificar el campo de versión antes de procesar un datagrama para asegurarse de que el formato corresponde al tipo de formato que espera el software. Si hay un cambio de estándar, las máquinas rechazarán los datagramas con versiones de protocolo que difieren del estándar, evitando con ello que el contenido de los datagramas sea mal interpretado debido a un formato obsoleto. El protocolo actual IP trabaja con la versión número 4.

El campo de longitud encabezado (HLEN), también de 4 bits, proporciona el encabezado del datagrama con una longitud media de 32 bits. Todos los campos del encabezado tienen longitudes fijas excepto para el campo OPTIONS.

El encabezado más común, que no contiene opciones ni rellenos, mide 20 octetos y tiene un campo de longitud de encabezado igual a 5.

El campo TOTAL LENGTH proporciona la longitud del datagrama IP medido en octetos, incluyendo los octetos del encabezado y los datos. El tamaño del área de datos se puede calcular restando la longitud del encabezado (HLEN) de TOTAL LENGTH. Dado que el campo TOTAL LENGTH tiene una longitud de 16 bits, el tamaño máximo posible de un datagrama IP es de 2¹⁶ o 65,535 octetos. En la mayor parte de las aplicaciones, ésta no es una limitación severa, pero puede volverse una consideración importante en el futuro, si las red de redes de alta velocidad llegan a transportar paquetes de datos superiores a los 65,535 octetos.

El campo TIME TO LIVE especifica la duración, en segundos, del tiempo que el datagrama tiene permitido permanecer en el sistema de red de redes. La idea es sencilla e importante: cada vez que una máquina introduce un datagrama en la red de redes, se establece un tiempo máximo durante el cual el datagrama puede permanecer ahí. Los routers y los anfitriones que procesan los datagramas deben decrementar el campo TIME TO LIVE cada vez que pasa un datagrama y eliminarlo de la red de redes cuando su tiempo ha concluido.

Una estimación exacta de este tiempo es difícil dado que los routers por lo general no conocen el tiempo de tránsito por las redes físicas. Unas pocas reglas simplifican el procedimiento y hacen fácil el manejo de datagramas sin relojes sincronizados. En primer lugar, cada router, a lo largo de un trayecto, desde una fuente hasta un destino, es configurado para decrementar en 1 el campo TIME TO LIVE cuando se procesa el encabezado del datagrama. Sin embargo, para manejar casos de routers sobrecargados que introducen largos retardos, cada router registra el tiempo local cuando llega un datagrama, y decrementa el TIME TO LIVE por el número de segundos que el datagrama permanece dentro del router esperando que se le despache.

Cada vez que un campo TIME TO LIVE llega a cero, el router descarta el datagrama y envía un mensaje de error a la fuente. La idea de establecer un temporizador para los datagramas es interesante ya que garantiza que los datagramas no viajarán a través de la red de redes indefinidamente, aun cuando si una tabla de ruteo se corrompa y los routers direccionen datagramas en un ciclo.

El campo PROTOCOL es análogo al campo tipo en una trama de red. El valor en el campo PROTOCOL especifica qué protocolo de alto nivel se utilizó para crear el mensaje que se está transportando en el área DATA de un datagrama. En esencia, especifica el formato del área de datos. La transformación entre un protocolo de alto nivel y el valor entero utilizado en el campo PROTOCOL debe administrarlo por una autoridad central para garantizar el acuerdo entre los enteros utilizados en Internet.

El campo HEADER CHECKSUM asegura la integridad de los valores del encabezado. La suma de verificación IP se forma considerando al encabezado como una secuencia de enteros de 16 bits(en el orden de los octetos de la red), sumándolos juntos mediante el complemento aritmético a uno, y después tomando el complemento a uno del resultado. Para propósitos de cálculo de la suma de verificación, el campo HEADER CHECKSUM se asume como igual a cero.

La suma de verificación sólo se aplica para valores del encabezado IP y no para los datos. Debido a que el encabezado por lo general ocupa menos octetos que los datos, tener una suma separada disminuye el tiempo de procesamiento y ruteo, los cuales sólo necesitan calcular la suma de verificación del encabezado.

La separación también permite a los protocolos de alto nivel seleccionar su propio esquema de suma de verificación para los datos.

La mayor desventaja es que los protocolos de alto nivel se ven forzados a añadir su propia suma de verificación o corren riesgo de que las alteraciones de datos no sean detectadas.

Los campos SOURCE IP ADDRESS y DESTINATION IP ADDRESS contienen direcciones IP de 32 bits del los datagramas del emisor y del receptor involucrado. Aun cuando los datagramas sean dirigidos a través de muchos routers inmediatos, los campos de fuente y destino nunca cambian; éstos especifican la dirección IP de la fuente original y del destino final.

El campo DATA muestra el comienzo del área de datos de un datagrama. Su longitud depende, por supuesto, de qué es lo que está enviando en le datagrama. El campo OPTIONS de IP que se analiza tiene una longitud variable. El campo señalado como PADDING depende de las opciones seleccionadas. Este representa un grupo de bits puestos en cero que podrían ser necesarios para asegurar que la extensión del encabezado sea múltipla exacto de 32 bits.

3.3 Tipos primarios de direcciones IP

Conceptualmente cada dirección IP es una par(netid, hostid), donde netid es la identificación de la red y hostid la del anfitrión dentro de la red. En la práctica, cada dirección IP debe de tener una de las tres formas mostradas en la figura 3.4.

Figura 3.4

Las tres formas primarias se pueden distinguir por medio de los tres primeros bits.

La ventaja de dividir una dirección IP en dos partes surge del tamaño de las tablas ruteo que necesitan los routers. En vez de almacenar un registro de ruteo para cada anfitrión de destino, un router puede tener un registro por cada red y examinar sólo la porción de red de la dirección destino cuando tome decisiones de ruteo.

Este primer diseño de direcciones IP se encontró con un problema, el crecimiento. Debido a que los diseñadores trabajaban en un mundo de computadoras mainframe caras, visualizaron una red con cientos de redes y miles de anfitriones. No pensaron en las decenas de miles de redes pequeñas de computadoras personales que aparecerían de manera repentina en los años siguientes al diseño del TCP/IP. La solución más empleada hoy en día se conoce como direccionamiento de subred.

3.4 Direccionamiento de Subred.

La manera más sencilla de entender el direccionamiento de subredes imaginándose que una localidad tiene asignada una sola dirección de red tipo B, pero tiene dos o más redes físicas.

Sólo los routers locales saben que existen muchas redes físicas y cómo rutear el tráfico entre ellas. Los routers en otros sistemas autónomos rutean todo el tráfico como si sólo hubiera una red física.

Para regular este nuevo direccionamiento existe un estándar que especifica que una localidad que utiliza el direccionamiento de subred, debe escoger una máscara de subred de 32 bits para cada red. Los bits en la máscara de subred se indican como 1, si la red trata al bit correspondiente de la dirección IP como parte de la dirección de red, y se indican como 0, si se trata al bit como parte del identificador de anfitrión.

Por ejemplo, la máscara de subred de 32 bits:

11111111.11111111.11111111.00000000

Especifica que los tres primeros octetos identifican a la red y el cuarto a un anfitrión en dicha red. Una máscara de subred debe tener 1 para todos los bits que correspondan a la porción de red de la dirección (por ejemplo, la máscara de subred para una red de tipo B tendrá 1 los primeros dos octetos y adicionalmente uno o más bits en los dos últimos).

Este giro interesante de subred surge porque el estándar no restringe a las máscaras de subred para que seleccionen bits contiguos de la dirección. Por ejemplo, una red puede tener asignada la máscara:

11111111.11111111.00011000.01000000

La cual selecciona los primeros dos octetos, dos bits del tercero y un bit del cuarto. Aunque tal flexibilidad hace posible que se puedan realizar asignaciones interesantes de direcciones, también causa que la asignación de direcciones de anfitrión y que el entendimiento de las tablas de ruteo sea un poco confuso.

3.5 Ruteo en una red de redes

En un sistema de conmutación de paquetes, el ruteo es el proceso de selección de un camino sobre el que se mandarán paquetes y el router es la computadora que hace la selección. El ruteo ocurre a muchos niveles. Por ejemplo, dentro de una red de área amplia que tiene muchas conexiones físicas entre conmutadores de datos, la red por sí misma es responsable de rutear paquetes desde que llegan hasta que salen. Dicho ruteo interno está completamente contenido dentro de la red de área amplia. Las máquinas del exterior no pueden participar en las decisiones, sólo se ven como una unidad que entrega paquetes.

El ruteo IP selecciona un camino por el que se debe enviar un datagrama, el algoritmo de ruteo IP debe escoger cómo enviar un datagrama pasando por muchas redes físicas.

El ruteo en una red de redes puede ser difícil, en especial entre computadoras que tienen muchas conexiones físicas de red. De forma ideal, el software de ruteo examinará aspectos como la carga de la red, la longitud del datagrama o el tipo de servicio que se especifica en el encabezado del datagrama, para seleccionar el mejor camino. Sin embargo, la mayor parte del software de ruteo en red de redes es mucho menos sofisticado y selecciona rutas basándose en suposiciones sobre los caminos más cortos.

3.6 Entrega directa e indirecta

Podemos dividir el ruteo en dos partes: Entrega directa y entrega indirecta. La entrega directa, que es la transmisión de un datagrama desde una máquina a través de una sola red física hasta otra, es la base de toda la comunicación en una red de redes. Dos máquinas solamente pueden llevar a cabo la entrega directa si ambas se conectan directamente al mismo sistema subyacente de transmisión física (por ejemplo una sola Ethernet). La entrega indirecta ocurre cuando el destino no es una red conectada directamente, lo que obliga al transmisor a pasar el datagrama a un router para su entrega.

Así pues los protocolos de red envían los paquetes a una única estación, si no pueden acceder directamente, envían el paquete a un Router.

Pero, ¿cómo sabe el transmisor si el destino reside en una red directamente conectada? La respuesta es la siguiente: Las direcciones IP se dividen en un prefijo específico de red y un sufijo específico de anfitrión. Para averiguar si un destino reside en una de las redes directamente conectadas, el transmisor extrae la porción de red de la dirección IP de destino y la compara con la porción de red de su propia dirección IP. Si corresponde, significa que el datagrama se puede enviar de manera directa.

Aun si el datagrama atraviesa muchas redes y routers intermedios, el último router del camino entre la fuente del datagrama y el destino siempre se conectará directamente a la misma red física que la máquina destino. Por lo tanto, el último router entregará el datagrama utilizando la entrega directa.

La entrega indirecta es más complicada que la directa porque le transmisor debe identificar un router para enviar el datagrama. Luego, el router debe encaminar el datagrama hacia la red destino.

3.6.1 ¿Cómo las estaciones y los Routers conocen las direcciones MAC o las rutas?

Cuando una estación o Router quiere enviar un Datagrama, debe seguir unos pasos antes de decidir hacia donde o para hacia quien debe enviarlo.

3.7 Tablas de reenvío

Los routers contienen una tabla en la que encuentran la información necesaria para reenviar el datagrama por el camino correcto, estas tablas son conocidas como tablas de reenvío, tablas de ruteo o tablas de forwarding (del término reenvío en inglés).

Estas tablas guardan información de cómo llegar hasta la red destino, no contienen información para cada anfitrión sino que sólo informan de cómo alcanzar la red donde esta situado el anfitrión. Esto es debido a que sino las tablas tendrían tamaños demasiado grandes y todo el proceso de reenvío se ralentizaría. Además, sólo enviando el datagrama hacia el router que se encuentra en la red del anfitrión destino, éste ya se encarga de entregárselo individualmente. Esta información la encuentran gracias a los diferentes registros que tiene la tabla, estos registros son:

·         Dirección IP.

·         Máscara.

·         Dirección IP del salto siguiente.

·         Interficie.

En la dirección IP se encuentra la dirección IP de la red a la que queremos llegar. La máscara es la de la anterior red, la dirección IP del salto siguiente corresponde con la dirección IP del siguiente router de la ruta, y la interficie es el número de la interficie por la que ha de salir el datagrama para encontrar el router. Por lo tanto la tabla de ruteo sólo especifica un paso a lo largo del camino desde el router a su red de destino, el router no conoce el camino completo hacia el destino.

Es importante entender que cada registro de la tabla de ruteo apunta hacia un router que se puede alcanzar a través de una sola red. Esto significa que todos los routers listados en la tabla de ruteo del router M deben residir en las redes con las que M se conecta de manera directa. Cuando un datagrama esta listo para dejar M, el software IP localiza la dirección IP de destino y extrae la porción de red. Luego, M utiliza la porción de red para tomar una decisión de ruteo, seleccionando un router que se pueda alcanzar directamente.

En la figura 3.6 se muestra un ejemplo concreto. La red de redes ejemplificada consiste en cuatro redes conectadas por tres routers. En la figura 3.6 la tabla de ruteo proporciona las rutas que utiliza el router R.

Figura 3.6

Existen tres tipos de tablas:

·         Estáticas: Se programan directamente en los Routers o en las estaciones, tanto las de rutas como las locales. Permiten seguridad y control de accesos.

·         Dinámicas: Las locales se crean con algoritmos de búsqueda (es-is) y las de rutas mediante protocolos entre routers (is-is).

·         Mixtas: En la mayoría de sistemas operativos y Routers se permiten los dos tipos de tablas. Se permite crear rutas estáticas de direcciones IP-IP, así si no se encuentra la MAC de una IP se le asigna otra, con MAC conocido, donde enviar el paquete (como el Router por defecto).

3.8 ¿Qué es un Router?

Hasta el momento he hablado de routers como dispositivos que encaminan datagramas dentro de una red de redes sin detenerme mucho en sus características. Ahora es el momento de entrar más en detalle en el dispositivo en concreto, y de cómo realiza todo lo que anteriormente he asumido.

Empiezo a contestar esta pregunta con las siguientes definiciones:

[6].Router: Un Router es un conmutador que recibe unidades de transmisión de datos desde interfaces de entrada y, dependiendo de las direcciones de esas unidades, el Router las guía hacia las correspondientes interfaces de salida. Estos pueden ser de diferentes niveles de protocolos. Por ejemplo, ‘Interfaces Message Processors’ (IMPs) son Routers de nivel de paquetes.

Paquete: Unidad de transmisión de nivel físico.

Gateway: En la documentación general de Internet, un Gateway es un Router de nivel IP. En la comunidad de Internet el término tiene una larga historia con este uso.

[4] Router: En el modelo de Internet, las redes están interconectadas por encaminadores de datagramas IP llamados Routers. Algunos antiguos documentos de Internet se referían a estos como Gateways. Un Router conecta dos ó más interficies lógicas, representadas por subredes IP ó innumerables líneas punto a punto.

Enviar un datagrama IP generalmente necesita la elección de una dirección y la interficie del siguiente Router o host destino. Esta elección llamada reenvío (forwarding) depende de una base de datos de rutas que posee el Router. La base da datos del Router es también llamada tabla de ruteo o de reenvío. El término Router deriva del proceso de construcción de esta base de datos; protocolos de ruteo y configuración interactúan en un proceso llamado ruteo(routing).

La tabla de ruteo debe ser mantenida dinámicamente para reflejar la topología del sistema de Internet que corre. Un Router, normalmente cumple esto participando en ruteo distribuido y algoritmos de alcance de otros Routers.

Router: Computadora dedicada de propósito especial que conecta diferentes redes. Los Routers conmutan paquetes entre esas redes en un proceso conocido como reenvío(forwarding). Este proceso puedes ser repetido muchas veces en un mismo paquete por múltiples Routers antes que el paquete pueda ser enviado al destino final conmutando el paquete desde un Router a otro Router y a otro... hasta que el paquete llega a su destino.

[3] Router: Computadora dedicada, de propósito especial, que se conecta a dos ó más redes y envía paquetes de una a otra red. En particular, un router IP envía datagramas IP entre las redes a las que esta conectado. Un router utiliza la dirección de destino en un datagrama para decidir el próximo salto al que enviará el datagrama. Los investigadores utilizan el término compuerta IP.

[10] Router: Dispositivo de red que conecta dos redes de computadoras. Usa un protocolo de Internet y asume que todos los dispositivos conectados a la red usan la misma arquitectura de red y protocolos. Un Router opera en la capa tres del modelo OSI.

Conclusión:

Un Router es un dispositivo que interconecta redes al nivel de capa de red. Para ello utiliza datagramas IP, de donde obtiene las direcciones de red ó subred, y encamina los datagramas basándose en una tabla de enrutado. Esta tabla puede ser estática o dinámica y refleja el estado de las redes a las que esta conectado. Debe ser actualizada periódicamente, para ello utilizan protocolos de enrutado y diálogo entre Routers.

La conexión con las redes las hace mediante interficies. Un Router puede tener dos ó más interficies según las necesidades.

3.9 Características de un Router.

Un Router debe tener las siguientes características:

·         Contiene protocolos de Internet específicos como, protocolo de Internet (IP, Internet Protocol), Protocolo de Internet de Control de Mensajes(ICMP, Internet Control Message Protocol), y otros si es necesario.

·         Interficies para dos ó más redes de paquetes. Para cada red conectada el Router debe implementar las funciones requeridas por esta red. Esas funciones normalmente incluyen:

Encapsulado y desencapsulado de datagramas IP con las tramas de las redes conectadas. (ej., Una cabecera Ethernet y la suma de control ó Checksum).

·         Enviar y recibir datagramas con un tamaño máximo permitido por la red, este tamaño es la Unidad de transmisión Máxima de la red(MTU, Network´s Maximum Transmission Unit).

·         Traducir una dirección IP destino a una apropiada dirección de red para la red conectada, si es necesitado (ej., Una dirección de hardware Ethernet).

·         Responder al control de flujo y las indicaciones de errores de la red, si los hay.

·         Recibir y enviar datagramas IP. Resultados importantes de este proceso son el manejo del buffer, el control de congestión, y la justicia.

·         Reconocer las condiciones de error y generar mensajes de error ICMP y de información si es requerido.

·         Destruir los datagramas cuyos campos de tiempo de vida (TTL) hayan llegado a cero.

·         Fragmentar los datagramas cuando sea necesario para cumplir con el MTU de la siguiente red.

·         Escoger el siguiente salto de destino para cada uno de los datagramas, basándose en la información de la tabla de enrutado.

·         (Normalmente) soportan un protocolo de puerta interior(IGP, Interior Gateway Protocol) para llevar a fuera el ruteo distribuido y protocolos de alcance de otros Routers del mismo sistema autónomo. Además, algunos Routers necesitarán tener un protocolo de puerta exterior(EGP, Exterior Gateway Protocol) para intercambiar información de la topología de otros sistemas autónomos.

·         Proveer gestión de red y facilidades de control del sistema, incluyendo la carga, depurado, informes de estado, visualización y control de excepciones.

Introducción a los Routers

 Segunda parte

3.10 ¿Como reenvía un Router?

Reenvío es el proceso que un Router hace con cada paquete que recibe. El paquete debe ser consumido por el Router, enviado hacia una o varias interficies ó ambas cosas. El reenvío incluye el proceso de decidir si el paquete se enviará hacia una interficie local, directamente, o si por el contrario se ha de enviar hacia otro Router.

El algoritmo general de reenvío es el siguiente:

El Router:

·         Recibe el paquete.

·         Valida la cabecera IP.

·         Ejecuta la mayoría de las opciones(si las hay). Algunas de las opciones IP se deben ejecutar después de decidir el ruteo.

·         Examina la dirección IP destino del datagrama IP, para determinar como ha de seguir el proceso, hay tres posibilidades:

·        El datagrama IP es destinado al Router, y debe ser introducido en la cola de destino local, reensamblando si es necesario.

·        El datagrama IP no está destinado al Router, debe ser introducido en la cola para reenviarlo.

·        El datagrama IP debe ser introducido en la cola para reenviarlo, pero una copia debe ser introducida en la cola de destino local.

Los siguientes pasos son para el caso en que el datagrama haya que introducirlo en la cola para reenviar. Si el destino es una IP Unicast. Estas acciones son efectuadas por el reenviador(forwarder)

·         Determina la siguiente dirección destino ó salto(next hop IP addess) para el paquete, mirando en la tabla de enrutado. También decide que interficie de red debe ser empleada.

·         Verifica si las direcciones origen y destino son válidas y si el Router soporta obligaciones administrativas, como pueden ser filtros, entonces esas obligaciones deben ser satisfechas.

·         Decrementa el TTL y chequea el paquete.

·         Ejecuta las posibles opciones IP que no hayan podido completarse en el paso 3.

·         Se procesa cualquier fragmentación IP que sea necesaria, dependiendo del MTU.

·         Obtiene la dirección de la capa de enlace del salto siguiente.

·         Encapsula el datagrama IP (ó cada uno de sus fragmentos) en una trama de capa de enlace apropiada y la introduce en una cola para sacarla después por la interficie que le corresponde.

·         Envía un paquete ICMP si fuera necesario.

3.11 Validación de la cabecera IP

Antes de que el Router pueda procesar cualquier paquete IP, este debe ejecutar los siguientes chequeos de validación de la cabecera del paquete IP para asegurarse que el paquete es correcto. Si el paquete falla en cualquier de los siguientes tests, éste debe descartarlo, y generar un error.

·         La longitud del paquete obtenido por la capa de enlace debe ser lo suficientemente grande para contener la longitud mínima del datagrama IP.

·         La suma de control(Checksum) debe ser correcta.

·         El número de la versión IP debe ser 4. Si no es 4, entonces debe ser otra versión, tal como Ipng ó ST-II.

3.12 Algoritmos de búsqueda

Se utilizan cuando una dirección de red no está asignada a la tabla, se busca por la red local y se añade a la tabla. Las tablas se reinician cada x tiempo.

Los protocolos que se utilizan son:

·         ARP. Del protocolo IP.

·         Inundación(Spoofing). Son los protocolos derivados del XNS de Xerox:

·         IPX de Novell.

·         Vines de Banyan.

·         NetBeui de Microsoft.

3.13 Algoritmos de enrutado

Son algoritmos que se basan en comunicaciones entre Routers. Se utilizan protocolos para enviar las modificaciones en las rutas. Estas están optimizadas de una manera inteligente y son actualizadas según:

·         Tráfico

·         Ruta más rápida.

·         Direccionamiento de subred.

·         Dominios, etc.

Se agrupan en dos tipos:

·         DVA(Distance Vector algorithms). El Router habla únicamente con sus vecinos físicos. Es más rápido pero menos eficiente con las rutas.

·         LSA(Link State Algorithms). Comparte información con toda la red.

Ejemplos de algoritmos de enrutado:

·         IS-IS de ISO.

·         IGRP de CISCO para IP y OSI.

·         RIP para IP(original).

·         RIP para IPX.

·         NLSP para IPX.

·         OSPF para IP.

·         RTMP de Apple Talk.

·         RTP de Banyan.

·         EGP y BGP de IP.

3.14 Prestaciones adicionales

·         Filtros a ciertas subredes o estaciones.

·         Control de acceso mediante passwords.

·         Seguridad(Firewalls).

·         Asignación dinámica de direcciones.

·         Transformación de protocolos de red, por ejemplo: IP/IPX.

·         Control a niveles superiores de OSI, por ejemplo: FTP, Telnet, etc.

·         Fragmentación y ensamblado.

·         Para comunicaciones remotas encriptación y compresión de los paquetes.

·         Transformación de direcciones dentro del mismo protocolo(NAT).

3.14.1 Transformación de direcciones

Esta prestación permite transformar un dominio de direcciones a otro. Por ejemplo (figura 3.7):

Figura 3.7

Cuando una estación de la red no Internet quiere comunicarse con internet, el Router le asigna una dirección de su lista y en cada paquete hace la transformación.

Se denominan NAT(Network Address Translation).

3.14.2 Asignación dinámica de direcciones

En conexiones de múltiples usuarios anónimos y remotos se permite asignar la dirección de red desde el router, así estos usuarios no necesitan dirección propia. Es útil para el caso de Internet, una red universal y libre, con direcciones asignadas por una entidad.

Los usuarios remotos añaden una capa de protocolo punto a punto(PPP, SLIP, etc.)sobre la capa TCP/IP y en este protocolo reciben la dirección del Router. Cuando acaban la comunicación liberan la dirección. Los Routers tienen una lista de direcciones admitidas(por Internet) para asignar a los usuarios.

3.15 Clasificación

Podemos clasificar a los routers en dos grandes grupos según su alcance y la conectividad.

3.15.1 Clasificación según alcance

·         Locales. Unen redes LAN.

·         Remotos. Unen redes LAN-WAN o WAN-WAN. Como son independientes del medio físico no tienen tantos problemas como los bridges para adaptarse a las WAN. A veces deben hacer doble encapsulado y direccionamiento. Por ejemplo IP/X.25

3.15.2 Clasificación según conectividad

·         Routers simples. Sólo permiten un sistema MAC y un protocolo de red.

·         Router múltiple MAC. Tienen puertos para distintos tipos de red. El funcionamiento de conectividad es el mismo ya que los Routers no utilizan el protocolo MAC.

·         Routers multiprotocolo. Permiten enrutar diferentes protocolos(IP, IPX, etc.) de paquetes que llegan por cualquier puerto.

·         Routers multiprotocolo y múltiple MAC. Combina los dos anteriores.

3.16 Arquitectura de routers

·         Plana(flat). Todos tienen el mismo nivel lógico y las redes también.

·         Jerárquica. Tienen varios niveles lógicos. Normalmente 2:

·        Backbone. Se comunican entre Routers. Cada Router tiene su dominio. En cada dominio se pueden formar subdominios.

·        Red. Routers conectados por las redes a las estaciones.

·         Mixtas. En grandes redes se dan combinaciones de las dos arquitecturas, como en Internet.

3.17 Comparativa entre Routers y Bridges

Estos dos dispositivos son de gran importancia dentro de cualquier red de comunicaciones. Uno podría preguntarse porque utilizar Routers si podemos utilizar un bridge Wan para comunicar dos redes remotas, que dispositivo es más rápido, que rendimiento le puedo dar a la red con cada dispositivo. En definitiva que ventajas da utilizar un dispositivo u otro, y porque.

3.17.1 Ventajas de bridges sobre Routers:

·         Son simples.

·         Transparentes a los usuarios. Se configuran con los cambios y las estaciones no se deben programar.

·         Pueden conectar diferentes protocolos de red.

·         Forman una red lógica, o sea, un dominio de la capa de red. Esto permite movilidad de las estaciones.

·         Bajo coste.

·         Todos los protocolos admiten bridges. Por ejemplo: NetBios no admite Routers.

·         Normalmente más rápidos.

3.17.2 Ventajas de Routers sobre Bridges:

·         Aprovechan rutas redundantes. Proporcionan más inmunidada a fallos.

·         Pueden solucionar problemas de congestión por los algoritmos de enrutamiento.

·         Gestión más sencilla, se pueden tratar aislados del entorno físico.

·         Soportan cualquier topología.

·         Unen diferentes LAN y lAN-WAN fácilmente.

·         Optimización del ancho de banda por el enrutamiento.

·         No dependen de las características físicas de las redes, pueden formar redes universales. Internet siempre necesita un Router.

3.18 ¿Routers de software o routers de hardware?

Es posible que algunos usuarios se pregunten si el router basado en software que Microsoft ofrece gratuitamente con Windows NT Server sea lo suficientemente funcional y potente como para eliminar la necesidad de disponer de routers autónomos. Para llegar a una conclusión, IDG ha probado RRAS(Routing and Remote Access Service) de Microsoft frente al router 2514 de gama baja de Cisco. ¿ La respuesta? RRAS es un buen producto pero para redes con grandes cargas de trabajo es mejor el routing basado en hardware.

RRAS funciona bien en grupos de trabajo con un par de docenas de usuarios por segmento, siempre que antes se haya instalado adaptadores y un servidor de alta potencia. Pero para grandes entornos, es mejor utilizar un router dedicado basado en hardware. En las pruebas realizadas en los laboratorios IDG en Estados Unidos se escogió el router 214 de Cisco Systems porque, dado que su precio se sitúa en la gama baja de la línea de productos de la compañía, resulta el más indicado para compararlo con el router incluido de forma gratuita en Windows NT. Con todo, ambos productos no son del todo comparables.

En concreto, y en primer lugar, RRAS posee características extra, capaces de soportar conexiones vía módem o adaptadores RDSI instalados en el servidor. Los routers de gama baja de Cisco no tienen esas capacidades. Para conseguirlas, habrá que pasar a la serie de gama media, como los modelos 4000.

Por otra parte, Cisco 2514 ofrece una velocidad de procesamiento mayor, así como des puertos serie síncronos para conexiones con enlaces de área extensa. De todas formas, su interfaz de red sólo funciona a 10 Mbps, mientras que un NT Server soporta tarjetas de interfaz de red de 100 Mbps.

Dadas estas diferentes características, las pruebas se centraron únicamente en las capacidades respectivas de ambos productos para efectuar tares de routing entre dos segmentos o subredes.

El rendimiento es el criterio clave para medir un router. Comenzamos probando tarjetas de red de 10 Mbps en el servidor que se ejecuta RRAS. Con un complemento total de 20 usuarios imprimiendo y realizando consultas a SQL Server, así como un backup realizándose a través de la red, el servidor que corría RRAS mostró una carga de la CPU del 23 por ciento.

Los usuarios vieron que había una degradación significativa en el rendimiento de la red, con colisiones superiores al 17 por ciento. Al incrementar el tráfico, la CPU se vio forzada a trabajar incluso más, y el servidor fue incapaz de soportar la carga.

Como las tarjetas Fast Ethernet ya son algo común, se reemplazaron las de 10 Mbps por las de 100 Mbps. La utilización de la CPU cayó entonces al 6 por ciento y las colisiones se eliminaron prácticamente.

Se realizaron las mismas pruebas utilizando el Cisco 2514 entre dos subredes. El procesador del 2514 sólo funcionó al 6 por ciento de capacidad, según el software de administración de ‘CiscoWorks’ utilizado para administrar los dispositivos de Cisco. A diferencia del servidor RRAS, cuando el 2514 corrió a 10 Mbps su procesador su procesador interno trató todos los paquetes IP e IPX sin perder ni uno.

Para presionar más al 2514, se cargaron ambos segmentos con más tráfico, pero aún así se obtuvo una colisión del 5 por ciento y la utilización de la CPU no supero el 12 por ciento. Los tiempos de respuesta al usuario a través del 2514 fueron muchísimo mejores que los obtenidos en la prueba equivalente con el RRAS: mejorando en las consultas SQL, y en las de Internet no superaron el tiempo máximo.

Aunque el 2514 sólo trabaja con Ethernet a 10 Mbps( y tráfico síncrono serie y X.25), RRAS necesita adaptadores de alta velocidad y un servidor potente para igualarlo. Incluso con el hardware adecuado, se llegó a la conclusión de que no es muy inteligente correr RRAS en un servidor de producción que esté soportando otras aplicaciones.

Parte del incremento en la utilización de la CPU con RRAS se atribuyó a los filtros que se establecieron para proteger los datos corporativos, mientras que en el 2514 los mismos filtros produjeron una degradación del rendimiento imperceptible.

En general RRAS es una herramienta excelente de encaminamiento para redes pequeñas. En un servidor Pentium a 200 MHz con adaptadores PCI 10/100 puede manejar alrededor de 25 usuarios por segmento o hasta 100 usuarios en total sin tener problemas significativos.

Los routers basados en hardware de gama baja, como el 2514 de Cisco, son más apropiados cuando hay entre 50 y 75 usuarios por segmento con las mismas necesidades.

Para redes con grandes cargas de trabajo, como entornos CAD/CAM o de bases de datos, es mejor el routing basado en hardware, si bien su administración resulta más complicada.