Semestre 1 CCNA, Módulo 10

10.1 Protocolo enrutado

10.1.1 Protocolos enrutables y enrutados

Un protocolo es un conjunto de reglas que determina cómo se comunican los computadores entre sí a través de las redes. Los computadores se comunican intercambiando mensajes de datos. Para aceptar y actuar sobre estos mensajes, los computadores deben contar con definiciones de cómo interpretar el mensaje. Los ejemplos de mensajes incluyen aquellos que establecen una conexión a una máquina remota, mensajes de correo electrónico y archivos que se transmiten en la red.

Un protocolo describe lo siguiente:

* El formato al cual el mensaje se debe conformar
* La manera en que los computadores intercambian un mensaje dentro del contexto de una actividad en particular

Un protocolo enrutado permite que un Router envíe datos entre nodos de diferentes redes. Para que un protocolo sea enrutable, debe admitir la capacidad de asignar a cada dispositivo individual un número de red y uno de Host. Algunos protocolos como los IPX, requieren sólo de un número de red porque estos protocolos utilizan la dirección MAC del Host como número de Host. Otros protocolos, como el IP, requieren una dirección completa que especifique la porción de red y la porción de Host. Estos protocolos también necesitan una máscara de red para diferenciar estos dos números. La dirección de red se obtiene al realizar la operación "AND" con la dirección y la máscara de red.

La razón por la que se utiliza una máscara de red es para permitir que grupos de direcciones IP secuenciales sean considerados como una sola unidad. Si no se pudiera agrupar, cada Host tendría que mapearse de forma individual para realizar el enrutamiento. Esto sería imposible, ya que de acuerdo al Consorcio de Software de Internet (ISC) existen aproximadamente 233.101.500 hosts en Internet.

10.1.2 IP como protocolo enrutado

El Protocolo Internet (IP) es la implementación más popular de un esquema de direccionamiento de red jerárquico. IP es un protocolo de entrega no orientado a la conexión, poco confiable y de máximo esfuerzo. El término no orientado a la conexión significa que no se establece ningún circuito de conexión dedicado antes de la transmisión, como sí lo hay cuando se establece una comunicación telefónica. IP determina la ruta más eficiente para los datos basándose en el protocolo de enrutamiento. Los términos poco confiables y de máximo esfuerzo no implican que el sistema no sea confiable y que no funcione bien; más bien significan que IP no verifica que los datos lleguen a su destino. La verificación de la entrega no siempre se lleva a cabo.

A medida que la información fluye hacia abajo por las capas del modelo OSI, los datos se procesan en cada capa. En la capa de red, los datos se encapsulan en paquetes, también denominados datagramas. IP determina los contenidos de cada encabezado de paquete IP, lo cual incluye el direccionamiento y otra información de control, pero no se preocupa por la información en sí. IP acepta todos los datos que recibe de las capas superiores.

10.1.3 Propagación y conmutación de los paquetes dentro del Router

A medida que un paquete pasa por la internetwork a su destino final, los encabezados y la información final de la trama de Capa 2 se eliminan y se remplazan en cada dispositivo de Capa 3. Esto sucede porque las unidades de datos de Capa 2, es decir, las tramas, son para direccionamiento local. Las unidades de datos de Capa 3 (los paquetes) son para direccionamiento de extremo a extremo.

Las tramas de Ethernet de Capa 2 están diseñadas para operar dentro de un dominio de broadcast utilizando la dirección MAC que está grabada en del dispositivo físico. Otros tipos de tramas de Capa 2 incluyen los enlaces seriales del protocolo punto a punto (PPP) y las conexiones de Frame Relay, que utilizan esquemas de direccionamiento de Capa 2 diferentes. No obstante el tipo de direccionamiento de Capa 2 utilizado, las tramas están diseñadas para operar dentro del dominio de broadcast de Capa 2, y cuando los datos atraviesan un dispositivo de Capa 3, la información de Capa 2 cambia.

En el momento en que se recibe una trama en la interfaz del Router, se extrae la dirección MAC destino. Se revisa la dirección para ver si la trama se dirige directamente a la interfaz del Router, o si es un broadcast. En cualquiera de los dos casos se acepta la trama. De lo contrario, se descarta la trama ya que está destinada a otro dispositivo en el dominio de colisión. Se extrae la información de verificación por redundancia cíclica (CRC) de la información final de la trama aceptada, y la CRC se calcula para verificar que los datos de la trama no tengan errores. La trama se descarta si está dañada. Si la verificación es válida, el encabezado de la trama y la información final se descartan y el paquete pasa hacia arriba a la Capa 3. Allí se verifica el paquete para asegurar que esté realmente destinado al Router, o si tiene que ser enrutado a otro dispositivo en la internetwork. Si la dirección IP destino concuerda con uno de los puertos del Router, se elimina el encabezado de Capa 3 y los datos pasan a la Capa 4. Si es necesario enrutar el paquete, se comparará la dirección IP destino con la tabla de enrutamiento. Si se encuentra una concordancia o si hay una ruta por defecto, el paquete se enviará a la interfaz especificada en la sentencia de concordancia de la tabla de enrutamiento. Cuando el paquete se conmuta a la interfaz de salida, se agrega un nuevo valor de verificación CRC como información final de la trama, y se agrega el encabezado de trama apropiado al paquete. Entonces la trama se transmite al siguiente dominio de broadcast en su viaje hacia el destino final.

10.1.4 Protocolo Internet (IP)

Existen dos tipos de servicios de envío: los no orientados a conexión y los orientados a conexión. Estos dos servicios son los que realmente permiten el envío de datos de extremo a extremo en una internetwork.

La mayoría de los servicios utilizan sistemas de entrega no orientados a conexión. Es posible que los diferentes paquetes tomen distintas rutas para transitar por la red, pero se reensamblan al llegar a su destino. En un sistema no orientado a conexión, no se comunica con el destino antes de enviar un paquete Una buena comparación para un sistema no orientado a conexión es el sistema postal. No se comunica con el destinatario para ver si aceptará la carta antes de enviarla. Además, el remitente nunca sabe si la carta llegó a su destino.

En los sistemas orientados a conexión, se establece una conexión entre el remitente y el destinatario antes de que se transfieran los datos. Un ejemplo de redes orientadas a conexión es el sistema telefónico. Se realiza una llamada, se establece una conexión y luego se produce la comunicación.

Los procesos de red no orientados a conexión también se conocen como procesos de conmutación de paquetes A medida que los paquetes se transportan desde el origen al destino, pueden tomar rutas diferentes, y es posible que no lleguen en el mismo orden. Los dispositivos determinan la ruta de cada paquete a base de varios criterios. Algunos de los criterios como, por ejemplo, el ancho de banda disponible, pueden variar de un paquete a otro.

Los procesos de red orientados a conexión también se conocen como procesos de conmutación de circuitos. Primero se establece una conexión con el destinatario, y de allí comienza la transferencia de datos. Todos los paquetes viajan en secuencia a través del mismo circuito físico o virtual.

IP es el principal protocolo ruteado, pero no el único. TCP agrega a IP servicios de Capa 4 confiables orientados a conexión.

10.1.5 Anatomía de un paquete IP

Los paquetes IP constan de los datos de las capas superiores más el encabezado IP. El encabezado IP está formado por lo siguiente:

* Versión: Especifica el formato del encabezado de IP. Este campo de cuatro bits contiene el número 4 si el encabezado es IPv4 o el número 6 si el encabezado es IPV6. Sin embargo este campo no se usa para distinguir entre ambas versiones, para esto se usa el campo de tipo que se encuentra en el encabezado de la trama de capa 2.
* Longitud del encabezado IP (HLEN): Indica la longitud del encabezado del datagrama en palabras de 32 bits. Este número representa la longitud total de toda la información del encabezado, e incluye los dos campos de encabezados de longitud variable.
* Tipo de servicio (TOS): Especifica el nivel de importancia que le ha sido asignado por un protocolo de capa superior en particular, 8 bits.
* Longitud total: Especifica la longitud total de todo el paquete en bytes, incluyendo los datos y el encabezado, 16 bits. Para calcular la longitud de la carga de datos reste HLEN a la longitud total.
* Identificación: Contiene un número entero que identifica el datagrama actual, 16 bits. Este es el número de secuencia.
* Señaladores: Un campo de tres bits en el que los dos bits de menor peso controlan la fragmentación. Un bit especifica si el paquete puede fragmentarse, y el otro especifica si el paquete es el último fragmento en una serie de paquetes fragmentados.
* Desplazamiento de fragmentos: usado para ensamblar los fragmentos de datagramas, 13 bits. Este campo permite que el campo anterior termine en un límite de 16 bits.
* Tiempo de existencia (TTL): campo que especifica el número de saltos que un paquete puede recorrer. Este número disminuye por uno cuando el paquete pasa por un Router. Cuando el contador llega a cero el paquete se elimina. Esto evita que los paquetes entren en un loop (bucle) interminable.
* Protocolo: indica cuál es el protocolo de capa superior, por ejemplo, TCP o UDP, que recibe el paquete entrante luego de que se ha completado el procesamiento IP, ocho bits.
* Checksum del encabezado: ayuda a garantizar la integridad del encabezado IP, 16 bits.
* Dirección de origen: especifica la dirección IP del nodo emisor, 32 bits.
* Dirección de destino: especifica la dirección IP del nodo receptor, 32 bits.
* Opciones: permite que IP admita varias opciones, como seguridad, longitud variable.
* Relleno: se agregan ceros adicionales a este campo para garantizar que el encabezado IP siempre sea un múltiplo de 32 bits
* Datos: contiene información de capa superior, longitud variable hasta un de máximo 64 Kb.

Aunque las direcciones de origen y destino IP son importantes, los otros campos del encabezado han hecho que IP sea muy flexible. Los campos del encabezado contienen las direcciones origen y destino del paquete y generalmente incluyen la longutid del mensaje. La información para enrutar el mensaje también está incluída en el encabezado de IP, el cual puede ser largo y complejo.

10.2 Protocolos de enrutarniento IP

10.2.1 Descripción del enrutamiento

La función de enrutamiento es una función de la Capa 3 del modelo OSI. El enrutamiento es un esquema de organización jerárquico que permite que se agrupen direcciones individuales. Estas direcciones individuales son tratadas como unidades únicas hasta que se necesita la dirección destino para la entrega final de los datos. El enrutamiento es el proceso de hallar la ruta más eficiente desde un dispositivo a otro. El dispositivo primario que realiza el proceso de enrutamiento es el Router.

Las siguientes son las dos funciones principales de un Router:

* Los Routers deben mantener tablas de enrutamiento y asegurarse de que otros Routers conozcan las modificaciones a la topología de la red. Esta función se lleva a cabo utilizando un protocolo de enrutamiento para comunicar la información de la red a otros Routers.
* Cuando los paquetes llegan a una interfaz, el Router debe utilizar la tabla de enrutamietno para establecer el destino. El Router envía los paquetes a la interfaz apropiada, agrega la información de entramado necesaria para esa interfaz, y luego transmite la trama.

Un Router es un dispositivo de la capa de red que usa una o más métricas de enrutamiento para determinar cuál es la ruta óptima a través de la cual se debe enviar el tráfico de red. Las métricas de enrutamiento son valores que se utilizan para determinar las ventajas de una ruta sobre otra. Los protocolos de enrutamiento utilizan varias combinaciones de métricas para determinar la mejor ruta para los datos.

Los Routers interconectan segmentos de red o redes enteras. Pasan tramas de datos entre redes basándose en la información de Capa 3. Los Routers toman decisiones lógicas con respecto a cuál es la mejor ruta para la entrega de datos. Luego dirigen los paquetes al puerto de salida adecuado para que sean encapsulado para la transmisión. Los pasos del proceso de encapsulamiento y desencapsulamiento ocurren cada vez que un paquete atraviesa un router. El router debe desencapsular la trama de capa 2 y examinar la dirección de capa 3. Como se muestra en la figura , el porceso completo del envío de datos de un dispositivo a otro comprende encapsulamiento y desencapsulamiento de las siete capas OSI. Este proceso divide el flujo de datos en segmentos, agrega los encabezados apropiados e información final y luego transmite los datos. El proceso de desencapsulamiento es el proceso inverso: quita los encabezados e información final, y luego combina los datos en un flujo continuo.

Este curso se concentra en el protocolo enrutable más común, el protocolo de Internet (IP) Otros ejemplos de protocolos enrutables incluyen IPX/SPX y AppleTalk. Estos protocolos admiten la Capa 3. Los protocolos no enrutables no admiten la Capa 3. El protocolo no enrutable más común es el NetBEUI. NetBeui es un protocolo pequeño, veloz y eficiente que está limitado a la entrega de tramas de un segmento

10.2.2 El enrutamiento en comparación con la conmutación

A menudo, se compara el enrutamiento con la conmutación. Un observador inexperto puede pensar que el enrutamiento y la conmutación cumplen la misma función. La diferencia básica es que la conmutación tiene lugar en la Capa 2, o sea, la capa de enlace de los datos, en el modelo OSI y el enrutamiento en la Capa 3. Esta diferencia significa que el enrutamiento y la conmutación usan información diferente en el proceso de desplazar los datos desde el origen al destino.

La relación entre la conmutación y el enrutamiento es comparable con la relación entre las comunicaciones telefónicas locales y de larga distancia. Cuando se realiza una comunicación telefónica a un número dentro de un mismo código de área, un Switch local administra la llamada. Sin embargo, el Switch local sólo puede llevar registro de sus propios números locales. El Switch local no puede administrar todos los números telefónicos del mundo. Cuando el Switch recibe un pedido de llamada fuera de su código de área, transfiere la llamada a un Switch de nivel superior que reconoce los códigos de área. El Switch de nivel superior entonces transfiere la llamada de modo que finalmente llegue al Switch local del código de área marcado.

El Router tiene una función parecida a la del Switch de nivel superior en el ejemplo del teléfono. La figura muestra las tablas ARP de las direcciones MAC de Capa 2 y las tablas de enrutamiento de las direcciones IP de Capa 3. Cada interfaz de computador y de Router mantiene una tabla ARP para comunicaciones de Capa 2. La tabla ARP funciona sólo para el dominio de broadcast al cual está conectada.. El Router también mantiene una tabla de enrutamiento que le permite enrutar los datos fuera del dominio de broadcast. Cada componente de la tabla ARP contiene un par de direcciones IP-MAC (en el gráfico las direcciones MAC están representadas por la sigla MAC, debido a que las direcciones verdaderas son demasiado largas y no caben en el gráfico). Las tablas de enrutamiento también registran cómo se informó la ruta (en este caso ya sea directamente conectada [C] o informada por RIP [R]), la dirección IP de red de las redes alcanzables, el número de saltos o distancia hasta dichas redes, y la interfaz por la que los datos deben enviarse para llegar a la red de destino.

Los switches Capa 2 construyen su tabla usando direcciones MAC. Cuando un host va a mandar información a una dirección IP que no es local, entonces manda la trama al router más cercano., también conocida como su Gateway por defecto. El Host utiliza las direcciones MAC del Router como la dirección MAC destino.

Un switch interconecta segmentos que pertenecen a la misma red o subred lógicas. Para los host que no son locales, el switch reenvía la trama a un router en base a la dirección MAC destino. El router examina la dirección destino de Capa 3 para llevar a cabo la decisión de la mejor ruta. El host X sabe la dirección IP del router puesto que en la configuración del host se incluye la dirección del Gateway por defecto.

Únicamente un switch mantiene una tabla de direcciones MAC conocidas, el router mantiene una tabla de direcciones IP. Las direcciones MAC no están organizadas de forma lógica. Las IP están organizadas de manera jerárquica. Un switch soporta un número limitado de direcciones MAC desorganizadas debido a que sólo tiene que buscar direcciones MAC que están dentro de su segmento. Los Routers necesitan administrar un mayor volumen de direcciones. Entonces, los Routers necesitan un sistema de direccionamiento organizado que pueda agrupar direcciones similares y tratarlas como una sola unidad de red hasta que los datos alcancen el segmento destino. Si las direcciones IP no estuvieran organizadas, Internet simplemente no funcionaría. Sería como tener una biblioteca que contiene una pila enorme con millones de páginas sueltas de material impreso. Este material resultaría inútil porque sería imposible ubicar un documento en particular. Si las páginas están organizadas en libros y cada página está individualizada, y además los libros están registrados en un índice, es mucho más sencillo ubicar y utilizar la información.

Otra diferencia entre las redes conmutadas y enrutadas es que las redes conmutadas no bloquean los broadcasts. Como resultado, los Switches pueden resultar abrumados por las tormentas de broadcast. Los Routers bloquean los broadcasts de LAN, de modo que una tormenta de broadcast sólo afecta el dominio de broadcast de origen. Debido a que los Routers bloquean broadcasts, pueden brindar un mayor nivel de seguridad y control de ancho de banda que los Switches.

10.2.3 Enrutado comparado con enrutamiento

Los protocolos usados en la capa de red que transfieren datos de un Host a otro a través de un Router se denominan protocolos enrutados o enrutables. Los protocolos enrutados transportan datos a través de la red. Los protocolos de enrutamiento permiten que los Routers elijan la mejor ruta posible para los datos desde el origen hasta el destino.

Las funciones de un protocolo enrutado incluyen lo siguiente:

* Incluir cualquier conjunto de protocolos de red que ofrece información suficiente en su dirección de capa para permitir que un Router lo envíe al dispositivo siguiente y finalmente a su destino.
* Definir el formato y uso de los campos dentro de un paquete.

El Protocolo Internet (IP) y el intercambio de paquetes de internetworking (IPX) de Novell son ejemplos de protocolos enrutados. Otros ejemplos son DECnet, AppleTalk, Banyan VINES y Xerox Network Systems (XNS).

Los Routers utilizan los protocolos de enrutamiento para intercambiar las tablas de enrutamiento y compartir la información de enrutamiento. En otras palabras, los protocolos de enrutamiento permiten enrutar protocolos enrutados.

Las funciones de un protocolo de enrutamiento incluyen lo siguiente:

* Ofrecer procesos para compartir la información de ruta.
* Permitir que los Routers se comuniquen con otros Routers para actualizar y mantener las tablas de enrutamiento.

Los ejemplos de protocolos de enrutamiento que admiten el protocolo enrutado IP incluyen el Protocolo de información de enrutamiento (RIP) y el Protocolo de enrutamiento de Gateway interior (IGRP), el Protocolo primero de la ruta libre más corta (OSPF), el Protocolo de Gateway fronterizo (BGP), el IGRP mejorado (EIGRP).

10.2.4 Determinación de la ruta

La determinación de la ruta ocurre a nivel de la capa de red. La determinación de la ruta permite que un Router compare la dirección destino con las rutas disponibles en la tabla de enrutamiento, y seleccione la mejor ruta. Los Routers conocen las rutas disponibles por medio del enrutamiento estático o dinámico. Las rutas configuradas de forma manual por el administrador de la red son las rutas estáticas. Las rutas aprendidas por medio de otros Routers usando un protocolo de enrutamiento son las rutas dinámicas.

El Router utiliza la determinación de la ruta para decidir por cuál puerto debe enviar un paquete en su trayecto al destino. Este proceso se conoce como enrutamiento del paquete. Cada Router que un paquete encuentra a lo largo del trayecto se conoce como salto. El número de saltos es la distancia cubierta. La determinación de la ruta puede compararse a una persona que conduce un automóvil desde un lugar de la ciudad a otro. El conductor tiene un mapa que muestra las calles que puede tomar para llegar a su destino, así como el Router posee una tabla de enrutamiento. El conductor viaja desde una intersección a otra al igual que un paquete va de un Router a otro en cada salto. En cualquier intersección el conductor determinar su ruta al ir hacia la izquierda, la derecha, o avanzar derecho. Del mismo modo, un Router decide por cuál puerto de salida debe enviarse un paquete.

Las decisiones del conductor se ven influenciadas por múltiples factores como el tráfico en la calle, el límite de velocidad, el número de carriles, si hay peaje o no, y si esa ruta se encuentra cerrada o no con frecuencia. A veces es más rápido tomar un recorrido más largo por una calle más angosta y menos transitada que ir por una autopista con mucho tránsito. De la misma forma, los Routers pueden tomar decisiones basándose en la carga, el ancho de banda, el retardo, el costo y la confiabilidad en los enlaces de red.

Se utiliza el siguiente proceso durante la determinación de la ruta para cada paquete que se enruta:

* El router compara la dirección IP del paquete recibido contra las tablas que tiene.
* Se obtiene la dirección destino del paquete .
* Se aplica la máscara de la primera entrada en la tabla de enrutamiento a la dirección destino.
* Se compara el destino enmascarado y la entrada de la tabla de enrutamiento.
* Si hay concordancia, el paquete se envía al puerto que está asociado con la entrada de la tabla.
* Si no hay concordancia, se compara con la siguiente entrada de la tabla.
* Si el paquete no concuerda con ninguno de las entradas de la tabla, el Router verifica si se envió una ruta por defecto.
* Si se envió una ruta por defecto, el paquete se envía al puerto asociado. Una ruta por defecto es aquella que está configurada por el administrador de la red como la ruta que debe usarse si no existe concordancia con las entradas de la tabla de enrutamiento.
* El paquete se elimina si no hay una ruta por defecto. Por lo general se envía un mensaje al dispositivo emisor que indica que no se alcanzó el destino.

10.2.5 Tablas de enrutamiento

Los Routers utilizan protocolos de enrutamiento para crear y guardar tablas de enrutamiento que contienen información sobre las rutas. Esto ayuda al proceso de determinación de la ruta. Los protocolos de enrutamiento llenan las tablas de enrutamiento con una amplia variedad de información. Esta información varía según el protocolo de enrutamiento utilizado. Las tablas de enrutamiento contienen la información necesaria para enviar paquetes de datos a través de redes conectadas. Los dispositivos de Capa 3 interconectan dominios de broadcast o LAN. Se requiere un esquema de direccionamiento jerárquico para poder transferir los datos.

Los Routers mantienen información importante en sus tablas de enrutamiento, que incluye lo siguiente:

* Tipo de protocolo: el tipo de protocolo de enrutamiento que creó la entrada en la tabla de enrutamiento.
* Asociaciones entre destino/siguiente salto: estas asociaciones le dicen al Router que un destino en particular está directamente conectado al Router, o que puede ser alcanzado utilizando un Router denominado "salto siguiente" en el trayecto hacia el destino final. Cuando un Router recibe un paquete entrante, lee la dirección destino y verifica si hay concordancia entre esta dirección y una entrada de la tabla de enrutamiento.
* Métrica de enrutamiento: los distintos protocolos de enrutamiento utilizan métricas de enrutamiento distintas. Las métricas de enrutamiento se utilizan para determinar la conveniencia de una ruta. Por ejemplo, el números de saltos es la única métrica de enrutamiento que utiliza el protocolo de información de enrutamiento (RIP). El Protocolo de enrutamiento Gateway interior (IGRP) utiliza una combinación de ancho de banda, carga, retardo y confiabilidad como métricas para crear un valor métrico compuesto.
* Interfaces de salida: la interfaz por la que se envían los datos para llegar a su destino final.

Los Routers se comunican entre sí para mantener sus tablas de enrutamiento por medio de la transmisión de mensajes de actualización del enrutamiento. Algunos protocolos de enrutamiento transmiten estos mensajes de forma periódica, mientras que otros lo hacen cuando hay cambios en la topología de la red. Algunos protocolos transmiten toda la tabla de enrutamiento en cada mensaje de actualización, y otros transmiten sólo las rutas que se han modificado. Un Router crea y guarda su tabla de enrutamiento, analizando las actualizaciones de enrutamiento de los Routers vecinos.

10.2.6 Algoritmos de enrutamiento y métricas

Un algoritmo es una solución detallada a un problema. En el caso de paquetes de enrutamiento, diferentes protocolos utilizan distintos algoritmos para decidir por cuál puerto debe enviarse un paquete entrante. Los algoritmos de enrutamiento dependen de las métricas para tomar estas decisiones.

Los protocolos de enrutamiento con frecuencia tienen uno o más de los siguientes objetivos de diseño:

* Optimización: la optimización describe la capacidad del algoritmo de enrutamiento de seleccionar la mejor ruta. La mejor ruta depende de las métricas y el peso de las métricas que se usan para hacer el cálculo. Por ejemplo, un algoritmo puede utilizar tanto las métricas del número de saltos como la del retardo, pero puede considerar las métricas de retardo como de mayor peso en el cálculo.
* Simplicidad y bajo gasto: cuanto más simple sea el algoritmo, más eficientemente será procesado por la CPU y la memoria del Router. Esto es importante ya que la red puede aumentar en grandes proporciones, como la Internet.
* Solidez y estabilidad: un algoritmo debe funcionar de manera correcta cuando se enfrenta con una situación inusual o desconocida; por ejemplo, fallas en el hardware, condiciones de carga elevada y errores en la implementación.
* Flexibilidad: un algoritmo de enrutamiento debe adaptarse rápidamente a una gran variedad de cambios en la red. Estos cambios incluyen la disponibilidad y memoria del Router, cambios en el ancho de banda y retardo en la red.
* Convergencia rápida: la convergencia es el proceso en el cual todos los Routers llegan a un acuerdo con respecto a las rutas disponibles. Cuando un evento en la red provoca cambios en la disponibilidad de los Routers, se necesitan actualizaciones para restablecer la conectividad en la red. Los algoritmos de enrutamiento que convergen lentamente pueden hacer que los datos no puedan enviarse.

Los algoritmos de enrutamiento utilizan métricas distintas para determinar la mejor ruta. Cada algoritmo de enrutamiento interpreta a su manera lo que es mejor. El algoritmo genera un número, denominado valor métrico, para cada ruta a través de la red. Los algoritmos de enrutamiento sofisticados basan la elección de la ruta en varias métricas, combinándolas en un sólo valor métrico compuesto. En general, los valores métricos menores indican la ruta preferida.

Las métricas pueden tomar como base una sola característica de la ruta, o pueden calcularse tomando en cuenta distintas características. Las siguientes son las métricas más utilizadas en los protocolos de enrutamiento:

* Ancho de banda: la capacidad de datos de un enlace. En general, se prefiere un enlace Ethernet de 10 Mbps a una línea arrendada de 64 kbps.
* Retardo: la cantidad de tiempo requerido para transportar un paquete a lo largo de cada enlace desde el origen hacia el destino El retardo depende del ancho de banda de los enlaces intermedios, de la cantidad de datos que pueden almacenarse de forma temporaria en cada Router, de la congestión de la red, y de la distancia física
* Carga: la cantidad de actividad en un recurso de red como, por ejemplo, un Router o un enlace.
* Confiabilidad: generalmente se refiere al índice de error de cada enlace de red.
* Número de saltos: el número de Routers que un paquete debe atravesar antes de llegar a su destino. La distancia que deben atravesar los datos entre un Router y otro equivale a un salto. Una ruta cuyo número de saltos es cuatro indica que los datos que se transportan a través de esa ruta deben pasar por cuatro Routers antes de llegar a su destino final en la red. Si existen varias rutas hacia un mismo destino, se elige la ruta con el menor número de saltos.
* Tictacs: el retardo en el enlace de datos medido en tictacs de reloj PC de IBM. Un tictac dura aproximadamente 1/18 de segundo.
* Costo: un valor arbitrario asignado por un administrador de red que se basa por lo general en el ancho de banda, el gasto monetario u otra medida.

10.2.7 IGP y EGP

Un sistema autónomo es una red o conjunto de redes bajo un control común de administración, tal como el dominio cisco.com. Un sistema autónomo está compuesto por Routers que presentan una visión coherente del enrutamiento al mundo exterior.

Los Protocolos de enrutamiento de Gateway interior (IGP) y los Protocolos de enrutamiento de Gateway exterior (EGP) son dos tipos de protocolos de enrutamiento.

Los IGP enrutan datos dentro de un sistema autónomo.

* Protocolo de información de enrutamiento (RIP) y (RIPv2).
* Protocolo de enrutamiento de Gateway interior (IGRP)
* Protocolo de enrutamiento de Gateway interior mejorado (EIGRP)
* Primero la ruta libre más corta (OSPF)
* Protocolo de sistema intermedio-sistema intermedio (IS-IS).

Los EGP enrutan datos entre sistemas autónomos. Un ejemplo de EGP es el protocolo de Gateway fronterizo (BGP).

10.2.8 Estado de Enlace y Vector de Distancia

Los protocolos de enrutamiento pueden clasificarse en IGP o EGP, lo que describe si un grupo de Routers se encuentra bajo una sola administración o no. Los IGP pueden a su vez clasificarse en protocolos de vector-distancia o de estado de enlace.

El enrutamiento por vector-distancia determina la dirección y la distancia (vector) hacia cualquier enlace en la internetwork. La distancia puede ser el número de saltos hasta el enlace. Los Routers que utilizan los algoritmos de vector-distancia envían todos o parte de las entradas de su tabla de enrutamiento a los Routers adyacentes de forma periódica. Esto sucede aún si no ha habido modificaciones en la red. Un Router puede verificar todas las rutas conocidas y realizar las modificaciones a su tabla de enrutamiento al recibir las actualizaciones de enrutamiento. Este proceso también se llama "enrutamiento por rumor". La comprensión que el Router tiene de la red se basa en la perspectiva que tiene el Router adyacente de la topología de la red.

Los ejemplos de los protocolos por vector-distancia incluyen los siguientes:

* Protocolo de información de enrutamiento(RIP): es el IGP más común de la red. RIP utiliza números de saltos como su única métrica de enrutamiento.
* Protocolo de enrutamiento de Gateway interior (IGRP): es un IGP desarrollado por Cisco para resolver problemas relacionados con el enrutamiento en redes extensas y heterogéneas.
* IGRP mejorada (EIGRP): esta IGP propiedad de Cisco incluye varias de las características de un protocolo de enrutamiento de estado de enlace. Es por esto que se ha conocido como protocolo híbrido balanceado, pero en realidad es un protocolo de enrutamiento vector-distancia avanzado.

Los protocolos de enrutamiento de estado de enlace se diseñaron para superar las limitaciones de los protocolos de enrutamiento vector distancia. Los protocolos de enrutamiento de estado de enlace responden rápidamente a las modificaciones en la red, enviando actualizaciones sólo cuando se producen las modificaciones. Los protocolos de enrutamiento de estado de enlace envían actualizaciones periódicas, conocidas como renovaciones de estado de enlace a rangos más prolongados; por ejemplo, 30 minutos.

Cuando una ruta o enlace se modifica, el dispositivo que detectó el cambio crea una publicación de estado de enlace (LSA) en relación a ese enlace. Luego la LSA se transmite a todos los dispositivos vecinos. Cada dispositivo de enrutamiento hace una copia de la LSA, actualiza su base de datos de estado de enlace y envía la LSA a todos los dispositivos vecinos. Se necesita esta inundación de LAS para estar seguros de que todos los dispositivos de enrutamiento creen bases de datos que reflejen de forma precisa la topología de la red antes de actualizar sus tablas de enrutamiento.

Por lo general, los algoritmos de estado de enlace utilizan sus bases de datos para crear entradas de tablas de enrutamiento que prefieran la ruta más corta. Ejemplos de protocolos de estado de enlace son: Primero la Ruta Libre Más Corta (OSPF) y el Sistema Intermedio a Sistema Intermedio (IS-IS).

10.2.9 Protocolos de enrutamiento

RIP es un protocolo de enrutamiento vector-distancia que utiliza el número de saltos como métrica para determinar la dirección y la distancia a cualquier enlace en internetwork. Si existen varias rutas hasta un destino, RIP elige la ruta con el menor número de saltos. Sin embargo, debido a que el número de saltos es la única métrica de enrutamiento que RIP utiliza, no siempre elige el camino más rápido hacia el destino. Además, RIP no puede enrutar un paquete más allá de los 15 saltos. RIP Versión 1 (RIPv1) necesita que todos los dispositivos de la red utilicen la misma máscara de subred, debido a que no incluye la información de la máscara en sus actualizaciones de enrutamiento. Esto también se conoce como enrutamiento con clase.

RIP Versión 2 (RIPv2) ofrece un prefijo de enrutamiento y envía información de la máscara de subred en sus actualizaciones. Esto también se conoce como enrutamiento sin clase. En los protocolos sin clase, las distintas subredes dentro de la misma red pueden tener varias máscaras de subred. El uso de diferentes máscaras de subred dentro de la misma red se denomina máscara de subred de longitud variable (VLSM).

IGRP es un protocolo de enrutamiento por vector-distancia desarrollado por Cisco. El IGRP se desarrolló específicamente para ocuparse de los problemas relacionados con el enrutamiento de grandes redes que no se podían administrar con protocolos como, por ejemplo, RIP. IGRP puede elegir la ruta disponible más rápida basándose en el retardo, el ancho de banda, la carga y la confiabilidad. IGRP también posee un límite máximo de número de saltos mucho mayor que RIP. IGRP utiliza sólo enrutamiento con clase.

OSPF es un protocolo de enrutamiento de estado de enlace desarrollado por la Fuerza de tareas de ingeniería de Internet (IETF) en 1988. El OSPF se elaboró para cubrir las necesidades de las grandes internetworks escalables que RIP no podía cubrir.

El sistema intermedio-sistema intermedio (IS-IS) es un protocolo de enrutamiento de estado de enlace utilizado para protocolos enrutados distintos a IP. El IS-IS integrado es un sistema de implementación expandido de IS-IS que admite varios protocolos de enrutamiento, inclusive IP.

Cisco es propietario de EIGRP y también IGRP. EIGRP es una versión mejorada de IGRP. En especial, EIGRP suministra una eficiencia de operación superior tal como una convergencia rápida y un bajo gasto del ancho de banda. EIGRP es un protocolo mejorado de vector-distancia que también utiliza algunas de las funciones del protocolo de estado de enlace. Por ello, el EIGRP veces aparece incluido en la categoría de protocolo de enrutamiento híbrido.

El protocolo de Gateway fronterizo (BGP) es un ejemplo de protocolo de Gateway exterior (EGP). BGP intercambia información de enrutamiento entre sistemas autónomos a la vez que garantiza una elección de ruta libre de loops. BGP es el protocolo principal de publicación de rutas utilizado por las compañías más importantes e ISP en la Internet. BGP4 es la primera versión de BGP que admite enrutamiento entre dominios sin clase (CIDR) y agregado de rutas. A diferencia de los protocolos de Gateway internos (IGP), como RIP, OSPF y EIGRP, BGP no usa métricas como número de saltos, ancho de banda, o retardo. En cambio, BGP toma decisiones de enrutamiento basándose en políticas de la red, o reglas que utilizan varios atributos de ruta BGP.

10.3 Mecanismos de la división en subredes

10.3.1 Clases de direcciones IP de red

Las clases de direcciones IP ofrecen de 256 a 16,8 millones de Hosts, como se vio con anterioridad en este módulo. Para administrar de forma eficiente un número limitado de direcciones IP, todas las clases pueden subdividirse en subredes más pequeñas. La Figura ofrece una descripción de la división entre redes y Hosts.

10.3.2 Introducción y razones para realizar subredes

Parara crear la estructura de subred, los bits de host se deben reasignar como bits de subred. Este proceso es a veces denominado "pedir bits prestados". Sin embargo, un término más preciso sería "prestar" bits. El punto de inicio de este proceso se encuentra siempre en el bit del Host del extremo izquierdo, aquel que se encuentra más cerca del octeto de red anterior.

Las direcciones de subred incluyen la porción de red Clase A, Clase B o Clase C además de un campo de subred y un campo de Host. El campo de subred y el campo de Host se crean a partir de la porción de Host original de la dirección IP entera. Esto se hace mediante la reasignación de bits de la parte de host a la parte original de red de la dirección. La capacidad de dividir la porción de Host original de la dirección en nuevas subredes y campos de Host ofrece flexibilidad de direccionamiento al administrador de la red.

Además de la necesidad de contar con flexibilidad, la división en subredes permite que el administrador de la red brinde contención de broadcast y seguridad de bajo nivel en la LAN. La división en subredes ofrece algo de seguridad ya que el acceso a las otras subredes está disponible solamente a través de los servicios de un Router. Además, el uso de listas de acceso puede ofrecer seguridad en el acceso. Estas listas pueden permitir o negar el acceso a la subred, tomando en cuenta varios criterios, de esta manera brindan mayor seguridad. Más tarde se estudiarán las listas de acceso. Algunos propietarios de redes Clases A y B han descubierto que la división en subredes crea una fuente de ingresos para la organización a través del alquiler o venta de direcciones IP que anteriormente no se utilizaban

Una LAN se percibe como una sola red sin conocimiento de su estructura de red interna. Esta visión de la red hace que las tablas de enrutamiento sean pequeñas y eficientes. Dada una dirección de nodo local 147.10.43.14 de la subred 147.10.43.0, el mundo exteriorsólo puede ver la red mayor que se anuncia, la 147.10.0.0. Esto tiene su razón en que la dirección de la subred local 147.10.43.0 sólo es válida dentro de la LAN donde se aplica el subneteo..

10.3.3 Cómo establecer la dirección de la máscara de subred

La selección del número de bits a utilizar en el proceso de división en subredes dependerá del número máximo de Hosts que se requiere por subred. Es necesario tener una buena comprensión de la matemática binaria básica y del valor de posición de los bits en cada octeto para calcular el número de subredes y Hosts creados cuando se pide bits prestados.

Es posible que los últimos dos bits del último octeto nunca se asignen a la subred, sea cual sea la clase de dirección IP. Estos bits se denominan los dos últimos bits significativos. El uso de todos los bits disponibles para crear subredes, excepto los dos últimos, dará como resultado subredes con sólo dos Hosts utilizables. Este es un método práctico de conservación de direcciones para el direccionamiento de enlace serial de Routers. Sin embargo, para una LAN que está en funcionamiento, puede que esto origine gastos prohibitivos en equipos.

La máscara de subred da al Router la información necesaria para determinar en qué red y subred se encuentra un Host determinado. La máscara de subred se crea mediante el uso de 1s binarios en los bits de red. Los bits de subred se determinan mediante la suma de los valores de las posiciones donde se colocaron estos bits. Si se pidieron prestados tres bits, la máscara para direcciones de Clase C sería 255.255.255.224. Esta máscara se puede representar con una barra inclinada seguida por un número, por ejemplo /27. El número representa el número total de bits que fueron utilizados por la red y la porción de subred.

Para determinar el número de bits que se deberán utilizar, el diseñador de redes calcula cuántos Hosts necesita la subred más grande y el número de subredes necesarias. Como ejemplo, la red necesita 30 Hosts y cinco subredes. Una manera más fácil de calcular cuántos bits reasignar es utilizar la tabla de subredes. Al consultar la fila denominada "Hosts Utilizables", se ve en la tabla que para 30 Hosts se requieren tres bits. La tabla también muestra que esto crea seis subredes utilizables, que satisfacen los requisitos de este esquema. La diferencia entre las direcciones válidas y el total es el resultado del uso de la primera dirección como el ID de la subred y de la última como la dirección de broadcast para cada subred. El tomar prestados el número adecuado de bits para obtener un número determinado de subredes y de hosts por subred puede generar el desperdicio de direcciones válidas en algunas subredes. La habilidad de usar estas direcciones no la proporciona un enrutamiento con distinción de clase. Sin embargo, el enrutamiento sin distinción de clase, el cual se cubrirá más adelante en el curso, permite el uso de estas direcciones.

El método que se utilizó para crear la tabla de subred puede usarse para resolver todos los problemas con subredes. Este método utiliza la siguiente fórmula:

El número de subredes que se pueden usar es igual a dos a la potencia del número de bitsasignados a subred, menos dos. La razón de restar dos es por las direcciones reservadas de ID de red y la dirección de broadcast.

(2 potencia de bits prestados)
–
2
=
subredes utilizables
(23)
–
2
=
6

Número de Hosts utilizables = dos elevado a la potencia de los bits restantes, menos dos (direcciones reservadas para el ID de subred y el broadcast de subred)

(2 potencia de los bits restantes del Host)
–
2
=
Hosts utilizables
(25)
–
2
=
30

10.3.4 Aplicación de la máscara de subred

Una vez que la máscara está establecida, puede utilizarse para crear el esquema de subred. La tabla de la Figura es un ejemplo de subredes y direcciones que se crean al asignar tres bits al campo de la subred. Esto creará ocho subredes con 32 Hosts por subred. Comience desde cero (0) al asignar números a las subredes. La primera subred es siempre llamada subred cero.

Al llenar la tabla de subred, tres de los campos son automáticos, otros requieren de cálculos. El ID de subred de la subred 0 equivale al número principal de la red, en este caso 192.168.10.0. El ID de broadcast de toda la red es el máximo número posible, en este caso 192.168.10.255. El tercer número representa el ID de subred para la subred número siete. Este número consiste en los tres octetos de red con el número de máscara de subred insertado en la posición del cuarto octeto. Se asignaron tres bits al campo de subred con un valor acumulativo de 224. El ID de la subred siete es 192.168.10.224. Al insertar estos números, se establecen puntos de referencia que verificarán la exactitud cuando se complete la tabla.

Al consultar la tabla de subredes o al utilizar la fórmula, los tres bits asignados al campo de la subred darán como resultado 32 Hosts en total, asignados a cada subred. Esta información da el número de pasos de cada ID de subred. El ID de cada subred se establece agregando 32 a cada número anterior, comenzando con cero. Observe que el ID de la subred tiene ceros binarios en la porción de Host.

El campo de broadcast es el último número en cada subred, y tiene unos binarios en la porción de Host. La dirección tiene la capacidad de emitir broadcast sólo a los miembros de una sola subred. Ya que el ID de subred para la subred cero es 192.168.10.0 y hay un total de 32 Hosts, el ID de broadcast será 192.168.10.31 Comenzando con el cero, el trigésimo segundo número secuencial es el 31.Es importante recordar que cero (0) es un número real en el mundo de networking.

El resultado de la columna ID de broadcast puede completarse usando el mismo proceso que fue utilizado para la columna ID de la subred. Simplemente agregue 32 al ID de broadcast anterior de la subred. Otra opción es comenzar por el final de la columna y calcular hacia arriba restando uno al ID de subred anterior.

10.3.5 Cómo dividir las redes de Clase A y B en subredes

El procedimiento de dividir las redes de Clase A y B en subredes es idéntico al proceso utilizado para la Clase C, excepto que puede haber muchos más bits involucrados. Hay 22 bits disponibles para asignación a los campos de subred en una dirección de Clase A, y 14 bits en la de B.

Al asignar 12 bits de una dirección de Clase B a un campo de subred, se crea una máscara de subred de 255.255.255.240 o /28. Los ocho bits fueron asignados al tercer octeto dando como resultado 255, el valor total de los ocho bits juntos. Se asignaron cuatro bits en el cuarto octeto dando 240 como resultado. Recuerde que el número después de la barra inclinada equivale a la suma total de todos los bits asignados al campo de subred más los bits de red fijos.

Al asignar 20 bits de una dirección de Clase B a un campo de subred, se crea una máscara de subred de 255.255.255.240 o /28. Los ocho bits del segundo y tercer octeto fueron asignados al campo de subred y a cuatro bits del cuarto octeto.

En esta situación, parece que las máscaras de subred de las direcciones de Clase A y Clase B son idénticas. A menos que la máscara esté relacionada con una dirección de red, no es posible descifrar cuántos bits fueron asignados al campo de subred.

No importa qué clase de dirección se necesite dividir en subredes, las reglas son las siguientes:

Subredes totales = 2a la potencia de los bits pedidos
Hosts totales = 2a la potencia de los bits restantes
Subredes utilizables = 2a la potencia de los bits pedidos menos 2
Hosts utilizables= 2a la potencia de los bits restantesmenos 2

10.3.6 Cálculo de la subred de residencia utilizando la operación "AND"

Los Routers utilizan máscaras de subred para establecer las subredes de origen para nodos individuales. Este proceso se denomina operación "AND" lógico. La operación "AND" es un proceso binario por medio del cual un Router calcula el ID de la subred para un paquete entrante. La operación "AND" es parecida a la multiplicación.

Este proceso se administra a un nivel binario. Por lo tanto, es necesario ver la dirección IP y la máscara de forma binaria. Se realiza la operación "AND"con la dirección IP y la dirección de subred y el resultado es el ID de subred. El Router entonces utiliza esa información para enviar el paquete por la interfaz correcta.

La división en subredes es algo que debe aprenderse. Habrá que dedicar mucho tiempo a la realización de ejercicios prácticos para desarrollar esquemas flexibles y que funcionen. Existe una gran variedad de calculadoras de subredes disponibles en la Web. Sin embargo, un administrador de red debe saber cómo calcular las subredes de forma manual para diseñar esquemas de red efectivos y asegurar la validez de los resultados obtenidos con una calculadora de subred. La calculadora de subred no proporcionará el esquema inicial, sólo el direccionamiento final. Tampoco se permite el uso de calculadoras, de ningúna clase, durante el examen de certificación.