(PDF) Dispositivos y Protocolos en Redes LAN Y WAN

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DISPOSITIVOS Y PROTOCOLOS DE

REDES LAN Y WAN

CONMUTADORES Y ENCAMINADORES

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DISPOSITIVOS Y PROTOCOLOS

DE REDES LAN Y WAN

CONMUTADORES Y ENCAMINADORES

Santiago Cristóbal Pérez e Higinio Alberto Facchini

UTN Regional Mendoza

Mendoza, 2023

Diseño de Tapa: Renzo Guido Facchini

Diseño de Interior: Renzo Guido Facchini

Corrección de Estilo: Renzo Guido Facchini

iv

La amistad es

un alma que habita en dos cuerpos;

un corazón que habita en dos almas.

Aristóteles

Santiago Cristóbal PEREZ

Es Ingeniero en Electrónica de la UTN (1985), Magister en

Redes de Datos de la UNLP (2006) y Doctor en Ingeniería

(2016), mención Teleinformática y Telecomunicaciones.

Docente de grado y posgrado de la UTN, Regional Mendoza,

en la temática de Redes de Datos. Docente investigador UTN

categoría A, y II en el Ministerio de Educación. Es Director

del Grupo GRID ATyS (Grupo de Investigación y Desarrollo en Análisis

de Tráfico y Seguridad).

Higinio Alberto FACCHINI

Es Ingeniero en Electrónica de la UTN (1985) y Magister

en Redes de Datos de la UNLP (2016). Docente de grado y

posgrado de la UTN, Regional Mendoza, en la temática de

Redes de Datos. Docente investigador UTN categoría B, y

V en el Ministerio de Educación. Es Subdirector del Grupo

GRID ATyS (Grupo de Investigación y Desarrollo en Análisis de Tráfico y

Seguridad).

v

PRÓLOGO

La obra tiene como objetivo complementar con contenidos más

prácticos, los más bien teóricos de los libros de grado universitarios sobre

la temática de Redes de Datos, abarcando capítulos concretos sobre los

dispositivos y protocolos más utilizados en las Redes LAN (como son los

conmutadores y los protocolos asociados a las VLANs y STP), y en las

Redes WAN (como son los encaminadores y los protocolos de

encaminamiento, como son RIP, OSPF y BGP), incluyendo imágenes, y

aspectos de configuración y ejercitación. También se incluyen los tópicos

fundamentales de las normas asociadas a las Redes MAN Cableadas (como

MetroEthernet) e Inalámbricas (como WiMax). Estos contenidos están

organizados en los siguientes Capítulos: Capítulo 1: Redes LAN y WAN;

Capítulo 2: Conjunto de Protocolos TCP/IP, Capítulo 3: Conmutadores,

VLANs y STP; Capítulo 4: Encaminadores y Protocolos de

Encaminamiento; Capítulo 5: Protocolos de Encaminamiento RIP, OSPF y

BGP; y Capítulo 6: Tecnologías MAN MetroEthernet y Wi-Max.

El libro ha sido pensando especialmente para los alumnos de grado

de las carreras de Ingeniería en Sistemas e Ingeniería en Electrónica, y

Tecnicaturas Universitarias en TICs de la UTN, y de las carreras TICs en

general de cualquier institución universitaria o terciaria. Sus contenidos

complementan la bibliografía de las Cátedras afines a las Redes de Datos.

Agradecemos la colaboración de los miembros de la Academia

CISCO-ORACLE de la UTN Mendoza, quienes generosamente han

aportado su tiempo y conocimientos para la revisión y elaboración de las

tablas, gráficas y figuras. Además, el apoyo de las autoridades, presididas

por el Ing. José Balacco, Decano de la Facultad Regional Mendoza, el Ing.

Hugo Morales, Director del Departamento de Electrónica, y del CeReCoN

(Centro de Investigación y Desarrollo en Computación y Neuroingeniería).

Santiago Pérez – Higinio Facchini

Mendoza, Argentina, enero de 2023

vi

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Redes LAN y WAN

1.1 Introducción a las Redes de Datos

1.2 Clasificación de las Redes de Datos

1.3 Tendencias de las Redes de Datos

1.4 Símbolos de los dispositivos de red

CAPÍTULO 1

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Capítulo 1

Redes LAN y WAN

1.1 Introducción a las Redes de Datos

En la evolución histórica de los diversos sistemas de

comunicaciones que vinculan un dispositivo origen con un

dispositivo destino para transferir voz, video o archivos de

datos, se observa que la solución habitual es el uso de redes.

Es decir, ambos extremos se conectan entre sí a través de una

red de comunicaciones.

Tal es el caso de los sistemas de telefonía fija, donde los

dispositivos extremos son teléfonos y la comunicación se hace

usando la Red de Telefonía Pública Conmutada. Cada usuario

dispone de un solo cable hacia la red, aunque está en

condiciones de comunicarse con cualquier teléfono fijo del

mundo. No existe desde cada origen un cable hacia cada

potencial destino de una comunicación de voz, sino que hay

una red de comunicaciones telefónicas de uno o más

proveedores que los vincula. Esta solución se usa mucho más

frecuentemente que el recurso de conectar directamente los

dispositivos mediante un enlace punto a punto.

Lo mismo sucede con las redes destinadas a las

comunicaciones entre otro tipo de dispositivos, como las

computadoras. Cada equipo dispone de único cable que lo une

a la red, más allá que pueda comunicarse con otro ubicado en

el mismo edificio, en otra ciudad o en cualquier lugar del

9

mundo. Nuevamente, la solución al problema de las

comunicaciones entre dos computadoras es usar redes de

comunicaciones, conocidas genéricamente como Redes de

Datos.

1.2 Clasificación de las Redes de Datos

Desde sus orígenes, las Redes de Datos se clasifican en

dos grandes categorías: las Redes de Área Amplia (WAN – Wide

Area Network) y las Redes de Área Local (LAN – Local Area

Network). Posteriormente se agregaron otras, como las Redes

de Área Personal (PAN – Personal Area Network) y las Redes de

Área Metropolitana (MAN – Metropolitan Area Network).

Las diferencias entre estas Redes son cada vez menores

en algunos aspectos, tanto en términos tecnológicos como en

cuanto a sus posibles aplicaciones. No obstante, la perspectiva

del alcance geográfico sigue siendo una clasificación útil y

didáctica que se conserva para organizar los estudios.

Las redes LAN tienen una cobertura geográfica pequeña,

como un edifico o un campus, y hay dos configuraciones

habituales: las LAN conmutadas, cableadas o alámbricas, y las

LAN inalámbricas, wireless LAN o WLAN (Figura 1.1). Los

medios de transmisión más comunes para la interconexión en

redes LAN cableadas son el par trenzado (apantallado o no) y

la fibra óptica. Entre los dispositivos activos habituales están

el conmutador Ethernet (Ethernet switch) para las LAN

Cableadas Ethernet y el Punto de Acceso Wi-Fi (AP Access

Point) para las LAN Inalámbricas Wi-Fi.

10

Fig. 1.1. Ejemplo de red LAN.

Generalmente, el propietario de una red LAN es una

organización, empresa o persona que la utiliza para

interconectar sus propios equipos. Los enlaces internos de la

Red LAN Cableada e Inalámbrica pueden alcanzar velocidades

estándares desde 54 Mbps hasta los 10 Gbps.

Las redes WAN cubren un área geográfica más extensa

y pueden ser vistas como la integración de diversas redes LAN

dispersas (Figura 1.2). Emplean tecnologías de conmutación

de circuitos y de paquetes, y diversos esquemas de

multiplexado. Los medios de transmisión más comunes para

interconectar las redes LAN cableadas son los medios

cableados, aunque también se usan vínculos inalámbricos.

11

Uno de los dispositivos activos habituales de las redes WAN es

el encaminador (router).

Fig. 1.2. Ejemplo de red WAN.

Las redes WAN pueden ser privadas, aunque lo más

frecuente es usar redes públicas de proveedores para

interconectar las redes LAN que las componen. En general,

tienen menor tasa de velocidad que las LAN.

1.3 Tendencias de las Redes de Datos

La demanda de las redes WAN está en aumento para

apoyar el enorme crecimiento de la velocidad y cantidad de

redes LAN. La gran proliferación de las LAN de alta velocidad

en ámbitos empresariales ha requerido alternativas más

sólidas para interconectar las redes de este tipo, que

usualmente están geográficamente dispersas.

Basándose en la Recomendación X.25 del UIT-T (Sector

de Normalización de las Telecomunicaciones de la UIT), se

construyeron –y se siguen construyendo– varias generaciones

de servicios de conmutación de alta velocidad para redes WAN,

que actualmente están disponibles para el ámbito empresarial.

Cada una tiene sus fortalezas y debilidades relativas; los

12

servicios WAN más demandados por las empresas son:

Retransmisión de Tramas (Frame Relay), ATM (Modo de

Transferencia Asíncrono - Asynchronous Transfer Mode),

MPLS (Conmutación por Rótulo Multiprotocolo - Multi Protocol

Label Switching), y WAE (Ethernet de Área Amplia – Wide Area

Ethernet).

También se utiliza a Internet como infraestructura WAN

primaria o secundaria para conectar computadoras en lugares

dispersos. Cada vez es más raro que un negocio no tenga

presencia en Internet a través de su sitio web, o sus propios

desarrollos de intranets, extranets y redes privadas virtuales

(VPN).

Además, los sistemas inalámbricos suelen mencionarse

asimismo como una de las alternativas para brindar servicios

WAN. Sin embargo, los diseñadores de redes empresariales no

pueden pasar por alto las desventajas de las comunicaciones

inalámbricas con respecto a los medios guiados (cable, fibra

óptica). Éstas se caracterizan por su extrema dependencia de

las condiciones de entorno, su baja eficiencia en escenarios

con múltiples dispositivos móviles y el débil soporte a niveles

adecuados de la calidad del servicio (Quality of Service – QoS).

1.4 Símbolos de los dispositivos de red

La simbología de redes es la forma gráfica que se emplea

para representar los elementos que componen una red de

computadoras: son los símbolos que se presentan en los

proyectos, esquemas o planeamientos de redes futuras.

13

A los dispositivos se los clasifica en dispositivos finales

o intermedios de la red. Por ejemplo, entre los finales se usan

símbolos diferenciados para distinguir una computadora de

escritorio –PC (host)– de una portátil (notebook, laptop,

netbook, o minibook en general). También encontraremos

servidores que son computadoras que comparten sus recursos

o brindan algún tipo de servicios a las demás computadoras

clientes de una red.

Como ejemplo de dispositivos intermedios se encuentra

el switch o conmutador que normalmente interconecta

dispositivos finales de red. El switch es el dispositivo

intermedio más utilizado en redes LAN; también está el router,

encaminador, o ruteador que se usa para interconectar redes

LAN.

Finalmente, entre las representaciones simbólicas se

utiliza la nube para graficar resumidamente a un grupo de

dispositivos de red cuando sus detalles no son importantes en

el análisis; el enlace LAN para representar la conexión por

cable en una red LAN y el enlace WAN para realizar conexiones

entre redes LAN.

La Figura 1.3 muestra los símbolos que utilizaremos en

este libro.

14

Fig. 1.3. Símbolos de los dispositivos de red.

15

CAPÍTULO 2

Conjunto de Protocolos TCP/IP

2.1 Introducción

2.1.1 Tecnología de Interconexión

2.1.2 Arquitectura de Protocolos

2.1.3 Arquitectura de Protocolos e Internet

2.1.4 Evolución de TCP/IP y de Internet

2.2 Modelo OSI

2.3 Familia de Protocolos de Internet o

TCP/IP

2.3.1 Introducción

2.3.2 Capas de TCP/IP

2.3.3 Algunas consideraciones importantes

sobre TCP/IP

2.3.4 Conjunto de Protocolos TCP/IP

2.4 Bibliografía y Referencias

2.4.1 Libros impresos

2.4.2 Enlaces y Referencias

16

Capítulo 2

Conjunto de Protocolos TCP/IP

2.1 Introducción

2.1.1 Tecnología de Interconexión

En los 1970 surgió la tecnología de interconexión para

vincular diversas redes independientes, que usaban distintas

tecnologías, con el objeto de que operaran como una unidad

coordinada. La interconexión (internetworking) se basa en un

conjunto de convenciones de comunicaciones que las redes

individuales usan para operar entre ellas. Esta tecnología

oculta los detalles del hardware de la red y permite que las

computadoras se comuniquen independientemente de sus

conexiones físicas. Dado las características de esta tecnología,

cualquier arquitectura de hardware que soporte redes de

conmutación de paquetes podrá hacer funcionar una amplia

variedad de aplicaciones y utilizar sistemas operativos

arbitrarios.

Entre los 1970s y 1980s, algunas agencias del gobierno

de EUUU establecieron la importancia y potencial de la

tecnología de interconexión, y las bases de líneas de

investigación dirigidas a hacer posible una Internet global.

Específicamente, la Agencia de Proyectos de Investigación

Avanzada de Defensa de EEUU (DARPA) precisó un conjunto

de estándares de red y convenciones para interconectar redes,

17

retransmitir tráfico, y además, detalles de cómo se comunican

las computadoras.

2.1.2 Arquitectura de Protocolos

¿Por qué es necesaria una arquitectura de protocolos?

En el intercambio de datos entre computadoras,

terminales y/u otros dispositivos fijos o móviles de

procesamiento, los procedimientos involucrados pueden ser

bastantes complejos. Por ejemplo, consideremos la

transferencia de un archivo entre dos computadoras. En este

caso, debe haber un camino entre ambas, directo o a través de

una o más redes de comunicaciones. Es evidente que debe

haber un alto grado de cooperación entre las computadoras

involucradas. Y en lugar de implementar toda la lógica para

llevar a cabo la comunicación en un único módulo, el problema

se divide en subtareas. En una arquitectura de protocolos, los

distintos módulos se disponen formando una pila vertical.

Cada capa de la pila realiza el subconjunto de tareas

relacionadas entre sí que son necesarias para comunicarse

con el otro sistema. Por lo general, las funciones más básicas

se dejan a la capa inmediatamente inferior, olvidándose en la

capa actual de los detalles de estas funciones. Además, cada

capa proporciona un conjunto de servicios a la capa

inmediatamente superior. Idealmente, las capas deberían

estar definidas de forma tal que los cambios en una capa no

necesitaran cambios en las demás.

Evidentemente, para que haya comunicación se

necesitan dos entidades, por lo que debe existir la misma pila

18

de capas o funciones en los sistemas. La comunicación se

consigue haciendo que las capas correspondientes, o pares,

intercambien bloques de datos que verifican una serie de

reglas o convenciones denominadas protocolos.

Las arquitecturas de protocolos normalizadas más

realistas y complejas son el Modelo OSI y el Conjunto de

Protocolos TCP/IP. Estas arquitecturas han sido

determinantes y básicas en el desarrollo de los estándares de

comunicación. Las arquitecturas de protocolos normalizadas

tienen las siguientes ventajas:

 Los fabricantes están motivados para implementar las

normalizaciones con la esperanza de que, debido al uso

generalizado de las normas, sus productos tendrán un

mercado mayor, y

 Los clientes pueden exigir que cualquier fabricante

implemente los estándares, y por lo tanto, obtener

costos menores y seguridad en la inversión.

Tanto el Modelo OSI como TCP/IP se basaron en

principios o propiedades fundamentales:

 Encapsulado: Ocultar la arquitectura de red subyacente a

los usuarios y permitir la comunicación sin demandar

conocimiento de dicha estructura.

 Independencia topológica: No obligar al uso de una topología

de interconexión de red.

 Independencia de ubicación: Enviar datos a través de las

redes intermedias no demandando que estén directamente

conectadas a las computadoras origen o destino.

19

 Identificación universal: Todas las computadoras en la

interconexión comparten un conjunto universal de

identificadores de máquina (nombres o direcciones).

 Independencia de redes y computadoras: El conjunto de

operaciones para establecer una comunicación o transferir

datos debe permanecer independiente de las tecnologías de

la red subyacente y de la computadora destino.

Además, estas arquitecturas debieron diseñarse para

afrontar los problemas típicos que aparecen cuando se

comunican las computadoras sobre una red de datos:

 Fallas de hardware: Una computadora o un encaminador

(router) pueden fallar por problemas en el hardware o debido

al sistema operativo. Además, un enlace de comunicaciones

puede fallar o salirse de servicio. En cualquier caso, un

programa (software) de la pila de protocolos debe detectar

tales fallas y recuperarse si es posible.

 Congestión de red: Las redes tienen capacidad finita,

aunque puede pretenderse someterlas a un exceso de

tráfico. Un software de la pila de protocolos debe organizar

una forma de detectar la congestión y suprimir cualquier

tráfico ulterior para evitar que la situación empeore.

 Retardo o pérdida de paquetes: Algunas veces, los paquetes

experimentan retardos extremadamente largos o

simplemente se pierden. Un software de la pila de protocolos

necesita aprender acerca de las fallas o adaptarse a los

grandes retardos.

 Corrupción de los datos: La interferencia eléctrica o

magnética, o las fallas del hardware pueden causar errores

de transmisión que corrompan los contenidos de los datos

20

transmitidos. La interferencia puede ser severa en

ambientes inalámbricos. Un software de la pila de

protocolos debe detectar y recuperarse de tales errores.

 Duplicación de datos o arribos fuera de orden: Las redes que

ofrecen múltiples rutas pueden transmitir los paquetes

fuera de secuencia o pueden liberar duplicados de paquetes.

Un software de la pila de protocolos necesita registrar los

paquetes y remover los duplicados.

Estos problemas implican varios protocolos trabajando

cooperativamente. En los múltiples protocolos hay que definir

las representaciones necesarias para los datos que se pasan

entre los módulos del software de comunicación. Este pasaje

de las representaciones de los datos entre protocolos usa una

secuencia lineal, donde la salida de un protocolo es la entrada

de otro adyacente.

Conceptualmente, el envío de un mensaje de una

aplicación sobre una computadora a una aplicación sobre

otra, implica transferir el mensaje hacia abajo en las capas

sucesivas del software de los protocolos en la máquina

transmisora, retransmitir el mensaje a través de la red y

transferir el mensaje hacia arriba a través en las capas

sucesivas del software de los protocolos en la máquina

receptora.

Se denomina PDU a la información intercambiada entre

entidades pares, es decir, dos entidades pertenecientes a la

misma capa, pero en dos sistemas diferentes, utilizando una

conexión.

21

Para establecer la transmisión de datos, la capa de

aplicación recibe el mensaje del usuario y le añade una

cabecera constituyendo así la PDU de la capa de aplicación.

La PDU se transfiere a la capa de aplicación del nodo destino,

que elimina la cabecera y entrega el mensaje al usuario. Un

criterio similar se utiliza para las restantes capas.

2.1.3 Arquitectura de Protocolos TCP/IP e Internet

DARPA comenzó a trabajar en la tecnología de

interconexión a mediados de los 1970s, y ha sido reconocida

como la fundadora de las líneas de investigación en redes de

conmutación de paquetes y pionera en varias ideas con su bien

conocida ARPANET (Advanced Research Projects Agency

Network). ARPANET usó enlaces punto a punto cableados de

un proveedor de red, pero también realizó estudios sobre redes

de radio y canales de comunicación satelital. DARPA planificó

reuniones informales de investigadores para compartir ideas y

discutir sus resultados experimentales sobre las tecnologías

de interconexión. Informalmente, al grupo se lo conoció como

el Grupo de Investigación de Internet (Internet Research

Group). En 1979, varios investigadores estaban involucrados

en el diseño de los protocolos y arquitectura del Internet

emergente.

El Internet global comenzó alrededor de 1980 cuando

DARPA inició el proceso de conversión de las computadoras de

sus redes de investigación a los nuevos protocolos TCP/IP. La

ARPANET rápidamente se convirtió en el backbone del nuevo

Internet y fue utilizada por los primeros experimentos de

TCP/IP. La transición se completó en el año 1983.

22

Para estimular el uso en ambientes universitarios, ARPA

hizo una implementación de bajo costo usando una versión del

sistema operativo UNIX, conocida como la Distribución de

Software Berkeley (BSD) de la Universidad de California. De

esta forma, rápidamente se integraron los protocolos TCP/IP y

UNIX. Además, UNIX Berkeley creó una nueva abstracción de

sistema operativo, conocida como socket, que permitió que las

aplicaciones accedieran a los protocolos de Internet. Esto

facilitó el uso de TCP/IP por parte de los programadores.

Luego, la National Science Foundation (NSF) jugó un rol

activo para expandir la interconexión TCP/IP a tantos

científicos como fuese posible. En 1985, NSF comenzó un

programa para establecer redes de acceso centralizadas

alrededor de 6 centros con supercomputadoras. En paralelo,

varias corporaciones de computadoras, de petróleo,

automotrices, de firmas electrónicas, de compañías

farmacéuticas se conectaron a Internet. Las compañías

medias y pequeñas comenzaron a conectarse en los 1990s.

En 1984, Internet usando TCP/IP tenía más de 1.000

usuarios, y para 1993 excedía los 14.000.000. En 2001, el

tamaño superó los 500.000.000, y en 2014, Internet alcanzó

prácticamente los 3.000.000.000 de usuarios.

2.1.4 Evolución de TCP/IP y de Internet

Internet ha crecido rápidamente y nuevos protocolos

están siendo propuestos constantemente. La exigencia y

demanda más significativa no es sólo el crecimiento de las

23

conexiones de red, sino también las nuevas tecnologías de red,

el tráfico adicional y los nuevos patrones de tráfico que

aparecen.

Como se observa, ni Internet ni TCP/IP son estáticos.

Las innovaciones continúan cuando se desarrolla una nueva

aplicación y se usan nuevas tecnologías para mejorar los

mecanismos e infraestructura subyacente.

Por ejemplo, uno de los esfuerzos más significativos, en

Internet y TCP/IP, involucra una revisión del Protocolo de

Internet IP. La versión corriente del Protocolo de Internet (IPv4)

ha permanecido casi sin cambios desde su establecimiento a

fines de los 1970s. Sin dudas, IP ha demostrado claramente

que fue una propuesta flexible y potente. En ese periodo de

tiempo se han producido importantes cambios tecnológicos:

apareció la tecnología inalámbrica, o el ancho de banda de los

enlaces se multiplicó por un factor de 1.000.000, por ejemplo.

La IETP (Internet Engineering Task Force) asignó a la revisión

de la versión de IP el número 6 (IPv6). IPV6, inherentemente

tiene varios de los conceptos, principios y mecanismos

encontrados en IPv4. Aunque IPv6 cambia la mayoría de los

detalles del protocolo.

2.2 El Modelo OSI

El primer modelo de capas se basó en los trabajos

tempranos realizados por la Organización Internacional de

Estandarización (ISO – International Organization for

Standarization), conocido como Modelo de Referencia de Open

System Interconnection ISO. Frecuentemente referido como el

modelo OSI. Desafortunadamente, el modelo OSI es un trabajo

24

anterior a Internet, no describe bien los protocolos de Internet

y contiene capas no usadas por los protocolos TCP/IP. Por otro

parte, en lugar de una capa dedicada a ‘internet”, el modelo

OSI se diseñó para una simple red y tiene una capa de “red”.

El modelo contiene 7 capas conceptuales organizadas como en

la Figura 2.1.

Aunque fue diseñado para suministrar un modelo

conceptual y no una guía de implementación, el esquema de

capas OSI fue usado como la base de implementaciones

tempranas de protocolos de red. Entre los protocolos

comúnmente asociados con el modelo OSI, la suite de

protocolos conocidos como X.25 fue probablemente el más

reconocido y ampliamente usado. X.25 fue adoptado para las

redes de datos públicas y se volvió especialmente popular en

Europa.

Los formatos de información, el proceso de

encapsulamiento en la computadora que transmite datos de la

aplicación X, y el desencapsulado de la computadora que

recibe datos de la aplicación Y, para cada una de las capas, se

muestran en la Figura 2.2.

25

Fig. 2.1 Capas del Modelo de Referencia OSI.

26

Fig. 2.2 Proceso de encapsulado en el Modelo OSI.

2.3 Familia de Protocolos de Internet o TCP/IP

2.3.1 Introducción

El segundo mayor modelo de capas no apareció desde

una cuerpo o institución de estándares formal. El modelo

surgió desde los investigadores que diseñaron el Internet y la

suite de protocolos TCP/IP. Cuando los protocolos TCP/IP se

volvieron populares, los proponentes del más viejo modelo OSI

intentaron ajustar su modelo para acomodar TCP/IP. Sin

embargo, el problema no pudo resolverse dado que el modelo

OSI original no proveía una capa de internet, y las capas de

sesión y presentación no son pertinentes a los protocolos

TCP/IP.

27

Una de las mayores diferencias conceptuales entre los

modelos de capa OSI y TCP/IP aparecen debido a la forma en

que fueron definidos. El modelo OSI fue prescriptivo, es decir,

la organización ISO convocó a un comité que escribió las

especificaciones sobre cómo deberían construirse los

protocolos. Luego, comenzaron a implementarlos. La cuestión

importante es que el modelo anticipa a la implementación. Por

el contrario, el modelo de Internet es descriptivo, dado que los

investigadores consumieron años entendiendo cómo

estructurar los protocolos, construyendo implementaciones

prototipo y documentando los resultados. Luego que los

investigadores comprendieron el diseño se construyó el

modelo.

Los protocolos TCP/IP están organizados en 5 capas

conceptuales; 4 capas definen el procesamiento de paquete y

una 5ª capa define el hardware de red convencional. La Figura

2.3 muestra la relación entre las capas del Modelo OSI y el

Conjunto TCP/IP.

28

Fig. 2.3 Vista de las capas del Modelo OSI y el Conjunto TCP/IP.

En la Figura 2.4 se observa el procesamiento de

encapsulado y los nombres de los mensajes según la capa para

TCP/IP.

Fig. 2.4 Encapsulado y nombres de los mensajes TCP/IP.

29

2.3.2 Capas de TCP/IP

El propósito general de cada capa es el siguiente:

 Capa de aplicación: En la capa superior, los usuarios

invocan los programas de aplicación que acceden a los

servicios disponibles a través de una interconexión TCP/IP.

Una aplicación interactúa con uno de los protocolos de la

capa de transporte para enviar o recibir los datos. Cada

programa de aplicación pasa los datos en la forma requerida

por la capa de transporte para el envío.

 Capa de transporte: La función primaria de la capa de

transporte es suministrar comunicación desde un programa

de aplicación a otro. Tales comunicaciones son llamadas

extremo a extremo a causa de que involucran las

aplicaciones sobre dos puntos extremos más que los

encaminadores intermedios. Una capa de transporte puede

regular el flujo de información. Puede también proveer

transporte confiable, asegurando que los datos arriben sin

error y en secuencia. Para hacer esto, el software del

protocolo de transporte del lado de la recepción envía

reconocimientos y del lado de transmisión retransmite los

paquetes perdidos. El software de transporte divide la

secuencia de datos a transmitir en pequeñas piezas

(algunas veces llamados segmentos) y pasa cada paquete de

acuerdo a una dirección destino a la capa siguiente para

transmisión. Como se describe luego, una computadora de

propósito general puede tener múltiples aplicaciones

accediendo a las redes en un momento determinado. La

capa de transporte debe aceptar los datos desde algunas

aplicaciones y enviarlos a la capa siguiente más baja. Para

hacer esto, a cada segmento le suma información adicional,

30

incluyendo los valores que identifican qué programa de

aplicación envía los datos y qué aplicación en el extremo de

recepción recibe los datos. Los protocolos de transporte

también usan una verificación para protegerse contra los

errores que causan los cambios de bits. La máquina

receptora usa el control de verificación para asegurarse que

el segmento arribó intacto y usa la información del destino

para identificar el programa de aplicación al cual debería

liberarse.

 Capa de internet: La capa de internet manipula la

comunicación desde una computadora a otra. Acepta las

solicitudes para enviar un paquete desde la capa de

transporte con una identificación de la computadora a la

cual debería enviarse el paquete. El software del protocolo

encapsula el paquete de transporte en un paquete IP, llena

la cabecera y envía el paquete IP directamente al destino (si

el destino está sobre la red local), o lo envía a un

encaminador para que sea retransmitido a través de las

redes (si el destino es remoto). El software de la capa de

internet también manipula los paquetes IP entrantes,

verificando su validez y usando el algoritmo de

retransmisión para decidir si el paquete debería procesarse

localmente o retransmitirlo. Para los paquetes destinados a

la máquina local, el software de la capa de internet elige el

protocolo de transporte que gestionará el paquete.

 Capa de interfaz de red: La capa más baja del software

TCP/IP comprende una capa de interface de red,

responsable de aceptar los paquetes IP y retransmitirlos a

una red específica. Una interfaz de red puede consistir en

un driver de dispositivo (por ejemplo, cuando la red es LAN

31

a la cual la computadora se vincula) o un subsistema

complejo que implementa un protocolo de enlace de datos.

2.3.3 Algunas consideraciones importantes sobre TCP/IP

En la práctica, el software del protocolo de interconexión

TCP/IP es mucho más complejo que el modelo simple de la

Figura 2.3. Cada capa toma decisiones acerca de la corrección

del mensaje y elige una acción apropiada en base al tipo de

mensaje o la dirección destino. Por ejemplo, la capa de internet

en la máquina receptora debe decidir si el mensaje ha

alcanzado el destino correcto. La capa de transporte debe

decidir qué programa de aplicación debería recibir el mensaje.

Se observa que los protocolos TCP/IP colocan mucho de

la inteligencia en los hosts. En Internet, los encaminadores

retransmiten los paquetes, pero no participan en los servicios

de capa superior como los hosts.

Por otro lado, el modelo de capas incluye dos límites

conceptuales que pueden no ser obvios: un límite de dirección

de protocolo que separa el direccionamiento de alto nivel y bajo

nivel, y un límite de sistema operativo que separa el software

de protocolo de los programas de aplicación.

Los límites se caracterizan por:

 Límite de direcciones de protocolo de alto nivel: Existen

diferentes direcciones que usan los varios tipos de hardware

de red. Es importante distinguir dónde se usan las dos

formas de direccionamiento. El modelo de capas lo deja

claro. Hay un límite conceptual entre la Capa 2 y la Capa 3.

32

Las direcciones hardware o físicas (MAC) se usan en las

Capas 1 y 2, pero no más arriba. Las direcciones de internet

se usan en las Capas 3 a 5, pero no por el hardware

subyacente. Resumiendo: Los programas de aplicación y

todo el software de protocolo desde la capa de internet hacia

arriba usan sólo direcciones de Internet; las direcciones

usadas por el hardware de red están aisladas en las capas

inferiores.

 Límite de sistema operativo: Existe otro límite importante:

la división entre el software de protocolo que es

implementado en un sistema operativo y el software de

aplicación que no lo es. Aunque los investigadores han

experimentado que una parte de TCP/IP esté en una

aplicación, la mayoría de las implementaciones colocan el

software de protocolo en el sistema operativo, donde puede

ser compartido por todas las aplicaciones. El límite es

importante debido a que el pasaje de datos entre los

módulos dentro del sistema operativo es mucho menos

oneroso que pasar datos entre el sistema operativo y una

aplicación. Se necesita una API (application program

interface) especial que permita que una aplicación

interactúe con el software de protocolo.

Finalmente, se ha indicado que el apilado de capas es

una idea fundamental que suministra la base para el diseño

de protocolos. Esto permite al diseñador dividir un problema

complicado en subproblemas y resolver cada uno

independientemente. Desafortunadamente, el software que

resulta de una división en capas estricta puede ser

extremadamente ineficiente. Como un ejemplo, consideremos

33

el trabajo de la capa de transporte. La misma debe aceptar una

secuencia de bytes desde un programa de aplicación, dividir la

secuencia en segmentos, y enviar cada segmento a través de

la red subyacente. Para optimizar las transferencias, la capa

de transporte debería elegir el tamaño de segmento más

grande que permitirá a un segmento viajar en una trama de la

red. En particular, si la máquina destino está unida

directamente a la misma red que la de origen, sólo una red

física estará involucrada en la transferencia y el emisor puede

optimizar el tamaño de segmento para esa red. Si el software

de protocolo preserva estrictamente el apilado de capas, la

capa de transporte no puede saber cómo el módulo de internet

retransmitirá el tráfico o cuáles redes ataca directamente. Y

por lo tanto, la capa de transporte no entenderá los formatos

de los paquetes usados por las capas inferiores, ni será capaz

de determinar cuántos bytes se sumarán a la cabecera del

mensaje a enviar. Así, el apilado de capas estricto impide a la

capa de transporte optimizar las transferencias.

2.3.4 Conjunto de Protocolos TCP/IP

Los diferentes protocolos dentro de TCP/IP se mantienen

de forma regular por un conjunto de Grupos de Trabajo (Task

Force) que son parte de la organización de Internet (Figura

2.5).

Cada capa interactúa con sus capas adyacentes

inmediatas. Sin embargo, la arquitectura TCP/IP no requiere

el uso de cada capa individual. La Figura 2.5 sugiere que es

posible desarrollar aplicaciones que invoquen directamente los

servicios de cualquiera de las otras capas (respetando

34

lógicamente la jerarquía). La mayoría de las aplicaciones que

requieren una comunicación confiable extremo a extremo

usarán TCP (Transmission Control Protocol). Otras que no

tengan esa demanda podrán usar UDP (User Datagram

Protocol). Y algunas podrán usar directamente IP.

Fig. 2.5 Vista resumida del conjunto de protocolos TCP/IP

por Capas

2.4 Bibliografía y referencias

35

2.4.1 Libros impresos

 Douglas E. Comer, “The Internet Book”, Pearson Prince

Hall, 4° Ed., 2007.

 William Stallings, “Data and Computer

Communications”, Pearson Education, 10° Ed., 2014.

 Douglas E. Comer, “Internetworking with TCP/IP,

Volume One, Pearson Education, 6° Ed., 2014.

 William Stallings y Thomas Case, “Business Data

Communications”, Pearson Education, 7° Ed., 2013.

 Uyless Black, “Tecnologías Emergentes para Redes de

Computadoras”, Ed. Prentice-Hall, 1999.

 D. Comer, “Redes Globales de Información con Internet

y TCP/IP”, Ed. Prentice-Hall, 3° Ed., 2000.

 CCNA de CISCO Press

 Request for Comments referidos a la temática.

 Artículos de revistas (IEEE, ACM, etc.) referidos a la

temática.

2.4.2 Enlaces y Referencias

 Estándares generales de la IEEE

 http://standards.ieee.org/about/get/index.html

 Estándares de protocolos de Internet

 http://www.ietf.org/rfc.html

36

CAPÍTULO 3

Conmutadores, VLANs y STP

3.1 Conmutador

3.1.1 Dispositivos en Redes LAN

3.1.2 Rendimiento de la Red

3.1.3 Almacenamiento y Técnicas de

Conmutación

3.1.4 Dominios de Colisión y Difusión

3.1.5 Configuración

3.2 ARP

3.3 VLAN

3.3.1 Visión general

3.3.2 Clasificación

3.3.3 Etiquetas y Troncales

3.3.4 Configuración

3.4 STP

3.4.1 Visión general

3.4.2 Algoritmo

3.4.3 Estado de Puertos

3.4.4 Evolución

3.5 Ejercitación

3.6 Bibliografía y Referencias

3.6.1 Libros impresos

3.6.2 Enlaces y Referencias

37

Capítulo 3

Conmutadores, VLANs y STP

3.1 Conmutador

3.1.1 Dispositivos en Redes LAN

El objetivo es presentar los contenidos sobre Redes

Ethernet, resaltando uno de los dispositivos activos

principales como es el conmutador.

En la Figura 3.1 se observa la evolución de los

principales dispositivos activos usados en las Redes Ethernet.

Inicialmente se usaron repetidores para su construcción.

Cuando el desempeño de estas redes comenzó a bajar, a causa

que demasiados dispositivos compartían el mismo segmento,

se sumaron puentes (en inglés, bridges) para crear múltiples y

más pequeños dominios de colisión. Posteriormente, las redes

crecieron en tamaño y complejidad, y el puente evolucionó al

moderno conmutador, extendiendo el concepto para reducir

los dominios de colisión al mínimo, permitiendo la

microsegmentación de la red.

Las redes de hoy en día, típicamente se construyen

usando conmutadores y encaminadores y, en algunos casos,

con la función de conmutación (switching) y encaminamiento

(routing) en el mismo dispositivo.

38

Fig. 3.1. Dispositivos de red en relación al modelo OSI.

Los conmutadores crean un circuito virtual entre dos

dispositivos conectados, estableciendo una ruta de

comunicación dedicado entre ellos. Al crear

microsegmentación, permiten máxima utilización del ancho de

banda disponible. Sin embargo, las tramas de difusión

(broadcast), necesitadas por cualquier protocolo de red y/o

aplicación, llegan a todos los dispositivos conectados sobre la

red. Decimos entonces que hay un solo dominio de difusión

que se extiende sobre toda la red.

Un encaminador es un dispositivo de Capa 3 usado para

encaminar (enrutar o rutear) tráfico entre dos o más redes

(Imagen 3.1). Los encaminadores toman decisiones basadas en

grupos de direcciones o clases de red IP, en oposición a las

39

direcciones MAC individuales de Capa 2 con que trabajan los

conmutadores.

Imagen 3.1. Fotografía de encaminadores.

Las tablas de encaminamiento (routing) registran las

direcciones de Capa 3 de las redes que están directamente

conectadas a sus interfaces, y las rutas de red aprendidos

desde los encaminadores vecinos. A diferencia de los

conmutadores, los encaminadores no están obligados a

retransmitir tramas de difusión.

En el diseño de campus multicapa escalable se

distinguen los siguientes niveles: capa de núcleo, capa de

distribución y capa de acceso.

Los conmutadores de capa de acceso operan en la Capa

2 del modelo OSI, y proveen servicios tales como membresía

VLAN, o Virtual LAN (Imagen 3.2). El propósito principal de un

40

conmutador de capa de acceso es permitir a los usuarios

finales entrar a la red. Deberían proveer esta funcionalidad

con bajo costo y alta densidad de puertos.

Imagen 3.2. Fotografía de conmutadores.

El propósito de la capa de distribución en el diseño

multicapa (multilayer) del campus es proveer una definición de

contorno en el cual pueda tener lugar la manipulación de

paquetes. Por ejemplo, como segmentar los dominios de

difusión, aplicar políticas y listas de control de acceso para

filtrar paquetes y/o prevenir problemas que afecten la capa de

núcleo. Los conmutadores de distribución operan en Capa 2 y

Capa 3 en el modelo OSI. La capa de distribución incluye

algunas funciones, tales como: la concentración de las

conexiones de cableado, la definición de dominios de

difusión/multidifusión (multicast), el encaminamiento de

Virtual LANs (VLANs) o inter-VLAN, las transiciones entre

medios de comunicación que sean necesarias, la seguridad,

entre otros aspectos.

41

Los conmutadores de capa de distribución son puntos

de concentración para múltiples conmutadores de capa de

acceso. Deben ser capaces de acomodar la cantidad total de

tráfico desde los dispositivos de capa de acceso. Además,

deben combinar el tráfico VLAN y aplicar las decisiones de

políticas acerca del flujo de tráfico. Por estas razones los

conmutadores de capa de distribución operan tanto en Capa

2 y Capa 3.

La capa de núcleo es el componente central de

conmutación de alta velocidad. Si la conmutación del núcleo

no tiene un módulo de encaminador asociado, se usa un

encaminador externo para la función de Capa 3. Esta capa en

el diseño de la red no debería realizar ninguna manipulación

de paquetes, ya que volvería lenta la conmutación de paquetes.

Provee una infraestructura de núcleo con pasos alternativos

redundantes, y dando estabilidad a la red, ante la posibilidad

de una falla de dispositivos.

3.1.2 Rendimiento de la Red

La Figura 3.2 presenta las causas típicas de congestión

en la red, entre las que se destacan el tipo y cantidad de

aplicaciones, el número y perfil de los usuarios y las

características propias de la red, dadas por el cableado

estructurado y demás dispositivos pasivos, y la clase y

configuración de los dispositivos activos.

42

Fig. 3.2. Requerimientos de ancho de banda LAN

según las aplicaciones.

Un aspecto importante en las redes es el incremento

constante en la transmisión de varias formas de tráfico de

datos con alta demanda de ancho de banda, como la

manipulación de archivos gráficos grandes, imágenes, video

on-line, aplicaciones multimedia, etc.

Se llama latencia o retardo de la red al tiempo que a una

trama le toma viajar desde la estación origen a la destino. La

latencia tiene al menos tres componentes:

 El tiempo que le toma a la NIC (Placa de Interface de Red

– Network Interface Card) origen colocar los pulsos de

tensión sobre el cable y el tiempo que le toma a la NIC

destino interpretar estos pulsos.

43

 El retardo de propagación real que es el tiempo que le

toma a la señal viajar a lo largo del cable.

 La latencia sumada de acuerdo a los dispositivos de red

(dependiendo si son de Capa 1, 2, o 3), y en el paso entre

las dos computadoras que se comunican.

La latencia del conmutador Ethernet es el periodo de

tiempo desde el momento en que el comienzo de la trama entra

hasta cuando la cola de la trama sale del conmutador. Esta

latencia está directamente relacionada a las características

propias del conmutador, a los procesos de conmutación

configurados y el volumen de tráfico.

El tiempo de transmisión es igual a la cantidad de bits

enviados por el número de tiempo de bit, para una tecnología

dada. Otra forma de pensar el tiempo de transmisión es como

el tiempo que toma transmitir la trama. Las tramas pequeñas

insumen menos tiempo, y las grandes una cantidad mayor.

Por simplicidad, consideremos el tiempo de transmisión en

Ethernet 10Base-T. Cada bit de Ethernet 10 Mbps ocupa una

ventana de transmisión de 100 ns. Por lo tanto, transmitir 1

byte insume al menos 800 ns. Una trama de 64 bytes, la más

pequeña de las tramas 10BASE-T, que permite el

funcionamiento adecuado de CSMA/CD, tomará 51.200 ns o

51,2 microsegundos. La transmisión de una trama entera de

1000 bytes desde la estación origen requiere 800

microsegundos.

El tiempo de transmisión de una trama en 10 Mbps en

full dúplex es igual al tiempo en half dúplex. Sin embargo,

Ethernet full-dúplex permite transmitir un paquete y recibir

44

otro diferente en el mismo momento. El Ethernet original de

10 Mbps half dúplex, puede solo usar 50%-60% del ancho de

banda disponible de 10 Mbps a causa de las colisiones y de la

latencia. Y el Ethernet full-dúplex ofrece 100% de ancho de

banda en ambas direcciones. Es decir, una productividad

potencial de 20 Mbps, que resulta de 10 Mbps en la

transmisión y 10 Mbps en la recepción. Y entonces, la

productividad en half-dúplex en el transcurso del tiempo es

sustancialmente menor a full dúplex.

3.1.3 Almacenamiento y Técnicas de Conmutación en

Conmutadores

Un conmutador Ethernet puede usar una técnica de

almacenamiento (buffering) para resguardar y transmitir

tramas. El almacenamiento también se puede usar cuando el

puerto destino está ocupado. Este buffer de memoria puede

usar dos métodos para transmitir tramas:

 El almacenamiento de memoria basada en puerto: las

tramas se colocan en colas que se destinan a puertos

específicos; y

 El almacenamiento de memoria compartida: las tramas

se resguardan en una cola de memoria común, que se

comparte con todos los puertos.

Por otro lado, un conmutador Ethernet (Figura 3.3)

puede usar diferentes técnicas de conmutación:

 Almacena y envía (Store-and-forward) – La trama entera

se recibe antes de que ocurra la transmisión. Se leen las

45

direcciones destino y origen, y se aplican los filtros antes

de transmitir la trama. Además, se hace el chequeo CRC.

 Método de corte (Cut-through) – La trama se transmite a

través del conmutador antes de haberla recibido

totalmente. Sólo es necesario leer la cabecera de capa 2

para conocer la dirección MAC destino. Este modo

disminuye la latencia de la transmisión, pero también

reduce la detección de errores.

Fig. 3.3. Diferentes técnicas de conmutación de un conmutador.

Según la marca y modelo del conmutador, estos modos

pueden ser configurables.

3.1.4 Dominios de Colisión y de Difusión con Conmutadores

Introducimos los aspectos a tener en cuenta en la

reducción de los dominios de colisión y dominios de difusión.

En general, se usa el término segmentación a cualquier

técnica, que usando conmutadores y/o encaminadores, tenga

como objetivo reducir sus efectos nocivos.

La Figura 3.4 muestra una red con 4 subredes que usan

concentradores (hubs), y 1 encaminador que las vincula. Los

46

encaminadores proveen segmentación de red, sumando una

latencia de 20% a 30% sobre la red conmutada. La latencia

aumenta porque el encaminador opera en la capa de red (Capa

3) y usa las direcciones IP para determinar la mejor ruta al

nodo destino.

Fig. 3.4. Red con 4 subredes usando concentradores.

En general, se puede establecer que:

 Los puentes y conmutadores proveen segmentación de

dominios de colisión dentro de una simple red o subred,

 Los encaminadores proveen segmentación de dominios

de difusión, y brindan conectividad entre redes y

subredes, y

47

 Los encaminadores no retransmiten tramas de difusión

mientras que los conmutadores y puentes deben

retransmitir las tramas de difusión.

El uso de conmutador en lugar de un concentrador,

desde la perspectiva de la segmentación de colisiones, tiene

como objetivo aislar el tráfico entre segmentos. En los

concentradores existe un único segmento compartido. El

principio de la microsegmentación de los conmutadores es que

hay tantos segmentos como puertos tenga. Además, otra

ventaja es que se obtiene más ancho de banda por usuario al

crear dominios de colisión más pequeños.

Los conmutadores inundan o difunden tramas que

pueden ser (Figura 3.5):

 Tramas de unidifusión (unicast) desconocidos,

 Tramas de difusión (broadcast) de Capa 2, o

 Tramas de multidifusión (multicast), a menos que esté

ejecutando un protocolo tipo IGMP.

Las tramas multidifusión usan direcciones especiales de

Capa 2 y Capa 3 que son enviadas a dispositivos que están

unidos a ese grupo

48

Fig. 3.5. Ejemplo de tráfico de tramas de unidifusión,

difusión y multidifusión.

Un conmutador de Capa 3 es básicamente un

conmutador de Capa 2 (Figura 3.6) que incluye capacidad de

encaminamiento, entre redes y subredes (o VLANs), la

posibilidad de filtrado de paquetes, etc. La segmentación con

VLAN es fundamental para reducir los dominios de difusión

con conmutadores.

La conmutación de Capa 3 (Figura 3.7) es una función

de capa de red que examina la información de la cabecera

(header) de Capa 3 de un paquete, y que retransmite según la

dirección IP destino.

49

Fig. 3.6. Conmutador de Capa 2 en relación al modelo OSI.

50

Fig. 3.7. Conmutador de Capa 3 en relación al modelo OSI.

3.1.5 Configuración de Conmutadores

Se presentan los aspectos de configuración sobre un

conmutador real, tomando como ejemplo una marca, aunque

las consideraciones generales son válidas a cualquier otra. Los

conmutadores son computadoras especializadas y dedicadas

con:

 CPU o Unidad Central de Proceso,

 Memoria del tipo RAM (Memoria de Acceso Aleatorio), y un

 Sistema Operativo.

Un conmutador se puede administrar localmente o in-

situ, conectándose al puerto de consola para ver y hacer

cambios en la configuración (Figura 3.8). O remotamente, a

través de la red.

Fig. 3.8. Administración local del conmutador

a través de un puerto de consola.

51

El panel frontal de un conmutador tiene algunas luces o

LEDs (Light-Emitting Diode - diodo emisor de luz) para ayudar

a monitorear su actividad (Figura 3.9). Puede tener LEDs del

tipo:

 Led del sistema: que indica si el sistema está encendido

y funciona correctamente,

 Led de alimentación de energía eléctrica remota RPS

(Remote Power Supply): que indica si está o no en uso la

alimentación remota,

 Led de modo del puerto: que indica el estado actual del

botón Modo. Los modos son usados para determinar

cómo se interpretan los leds de Estado de Puerto, y

 Leds de estado de puerto: que tienen diferentes

significados, dependiendo del led de Modo.

Fig. 3.9. Panel frontal de un conmutador.

52

Cuando se conecta el cable de alimentación al

conmutador, se inicia una serie de verificaciones llamada

autoprueba de encendido (POST - power-on self test). El led del

sistema indicará si el POST fue exitoso o si se ha producido

una falla, considerado un error fatal.

Puede accederse a la configuración del conmutador

conectando, a través de un cable de consola, una PC que se

usa como terminal, al puerto de consola del conmutador. La

interfaz de línea de comandos (CLI – command line interface)

para los conmutadores es muy similar para todos los

dispositivos de red.

En la Tabla 3.1, se muestra la instrucción show (según

el fabricante, la instrucción puede ser print), con sus

alternativas, aplicadas desde la interfaz de línea de comandos.

Se supone que se tiene acceso y autoridad para aplicar estos

comandos.

Tabla 3.1. Diversas alternativas de la instrucción show.

53

Para permitir el acceso remoto al conmutador (usando

Telnet, SSH y otras aplicaciones TCP/IP) deben configurarse

la dirección IP y una puerta de enlace (default Gateway). Por

defecto, en los conmutadores CISCO la VLAN 1 es la VLAN de

administración. En una red basada en conmutadores, todos

los dispositivos de interconexión deberían estar en la VLAN de

administración. Esto permite que una simple estación de

trabajo tenga acceso, configure y administre todos los

dispositivos.

En la Figura 3.10, se muestran algunos aspectos de

interés sobre la tabla de direcciones MAC del conmutador. Por

ejemplo, la instrucción show se usa en este caso para informar

las características y estado de la tabla MAC.

Fig. 3.10. Instrucción que da la Tabla de direcciones MAC

del conmutador.

54

Algunos conmutadores pueden traer una aplicación web

para la configuración. Estas aplicaciones aunque son más

fáciles de usar también son más limitadas para la

administración. Un navegador web puede acceder a este

servicio usando la dirección IP y el puerto 80. El servicio HTTP

puede activarse o desactivarse, y puede elegirse la dirección

del puerto (Figura 3.11).

Fig. 3.11. Activación del Servidor HTTP del conmutador.

3.2 ARP - Protocolo de Resolución de Direcciones

El Protocolo ARP (Protocolo de Resolución de Colisiones

- Protocol Resolution Address) es parte de la pila TCP/IP y

responsable de encontrar la dirección hardware, física o MAC

Ethernet que corresponde a una determinada dirección IP.

Cada PC y también el conmutador mantiene una caché ARP

55

con las direcciones traducidas para reducir el retardo y la

carga.

Nos interesa su aplicación dentro de las redes LAN, y su

relación con las direcciones físicas o MAC de Capa 2.

Los dispositivos usan direcciones IP para alcanzar otros

dispositivos dentro de su propia red/subred o a través de

diferentes redes/subredes. Una vez que se envía el paquete IP,

estas direcciones no cambian desde el origen al destino. Las

direcciones de enlace de datos, tales como las direcciones MAC

Ethernet se usan para entregar el paquete IP dentro de la

misma red, o a un salto a la siguiente red. Si el emisor y el

receptor están sobre diferentes redes (o subredes), la dirección

de enlace de datos en la trama se modificará para reflejar las

nuevas direcciones de origen y destino.

Necesitamos la direcciones IP origen y destino porque

identifican los dispositivos de red que se comunican, y la

dirección MAC para enviar el paquete IP interno en una trama

Ethernet a la red local, o a la red de siguiente salto a lo largo

de la ruta (Figura 3.12). El siguiente salto puede ser el destino

final.

56

Fig. 3.12. Formato de la trama Ethernet.

Las direcciones IP de los host pertenecientes a una

misma LAN, tienen en común la misma máscara de subred. La

operación AND sobre la dirección IP del host y la máscara de

subred le dice al host a qué red pertenece. La dirección de red

resultante debe ser común a todos los host.

¿Qué función cumple la dirección MAC destino? Permite

transmitir desde un host Ethernet los datos de capa superior

a un dispositivo de la misma LAN que también tenga una placa

o NIC Ethernet.

¿Qué dispositivos están sobre la misma LAN? Hosts,

impresoras, encaminadores, conmutadores etc. que están

sobre la misma red IP y tengan configuradas una dirección IP

sobre ella.

En la Figura 3.13 se presentan dos subredes separadas

por un encaminador.

57

Fig. 3.13. Las subredes 172.16.10 y 172.16.20

separadas por un encaminador.

Las subredes son la 172.16.10.0 y la 172.16.20.0. ¿Cuál

sería la dirección MAC destino para los paquetes IP enviados

desde un host a otro de la misma LAN? La dirección MAC

destino sería del dispositivo al que vamos a enviar el paquete

IP, y estaría asociada con la dirección IP destino.

¿Cuál sería la dirección MAC destino para los paquetes

IP enviados por un host a otro que está fuera de la LAN, sobre

una red diferente? La dirección MAC destino será la dirección

MAC asociada con la dirección IP de la puerta de enlace, que

es la dirección IP de la NIC del encaminador de lado de la LAN

origen. El host debe conocer la dirección IP de la puerta de

enlace predeterminada, para comunicarse con los dispositivos

fuera de su propia red, usando al encaminador como recurso

encaminamiento.

58

¿Cómo hace para conocer el host emisor si la dirección

IP fuente y la dirección IP destino están sobre la misma red?

Hace una operación AND sobre su dirección IP y su máscara

de subred. La dirección de red resultante debe ser la misma

que al hacer la operación AND, pero con la dirección IP

destino. De lo contrario están sobre diferentes redes.

Una vez que se ha determinado que el host destino está

en la misma red, ¿dónde o cómo el host emisor encuentra la

dirección MAC destino?

El protocolo ARP mantiene la relación o mapa entre la

dirección IP y la dirección MAC. Cuando el host necesita

conocer una dirección MAC mira su tabla ARP o caché ARP.

Cada dispositivo que participa en Ethernet e IP tendrá tal

tabla, incluyendo los host y los encaminadores.

Pero, ¿qué sucede si la dirección IP destino no está en la

tabla ARP? ¿Cómo hace para obtener la dirección MAC

destino? El host debe efectuar una Solicitud ARP (ARP

Request) del protocolo ARP.

La solicitud ARP efectúa la siguiente consulta a través

de una trama de difusión: “¿Quién tiene la dirección IP

172.16.10.25? Por favor, envíeme su dirección MAC”. Esa

dirección MAC se suma a la tabla ARP para la próxima vez. Y

el host usa esa dirección MAC para completar y enviar la trama

al host de la IP destino.

En el otro caso, que se ha determinado que el host

destino está en otra red, ¿dónde o cómo el host emisor

59

encuentra la dirección MAC destino? La solicitud ARP efectúa

la misma consulta anterior a través de una trama de difusión,

pero sobre la IP de la puerta de enlace: “¿Quién tiene la

dirección IP 172.16.10.1? Por favor, envíeme su dirección

MAC”. Esa dirección MAC se agrega a la tabla ARP para la

próxima vez. Y el host usa esa dirección MAC para completar

y enviar la trama a la puerta de enlace.

3.3 VLANs - LANs Virtuales

3.3.1 Visión General

El objetivo es presentar el concepto de VLAN, y entender

su aplicación dentro de las Redes Ethernet, resaltando

algunos aspectos de interés.

Las VLANs creadas en los conmutadores, proveen

segmentación basada sobre dominios de difusión. Las VLANs

pueden lograr dicha segmentación lógica en redes conmutadas

en base a la ubicación física, en la departamentalización de

una organización, o en la función del personal. A cada VLAN

se le puede asociar una subred, proveyendo servicios

tradicionalmente resueltos con encaminadores físicos o

conmutadores multicapa en las configuraciones LANs,

permitiendo escalabilidad, seguridad, y administración de

redes

60

Un dominio de difusión en una red, o porción de ella,

recibirá un paquete de difusión desde cualquier nodo

perteneciente a la misma. En una red típica, todo lo que está

en el mismo lado del encaminador, forma parte del mismo

dominio de difusión. En un conmutador donde se han creado

muchas VLANs, hay múltiples dominios de difusión. Aun así,

se sigue necesitando un encaminador, o un conmutador

multicapa, para realizar un encaminamiento de paquetes de

una VLAN a otra. El conmutador común de Capa 2 no puede

hacer esto por sí mismo.

De tal forma que una gran red, puede segmentarse o

dividirse en subredes con dominios de difusión más chicos.

Desde esta perspectiva, el término VLAN podría considerarse

como sinónimo de subred, dado que normalmente a cada

VLAN se le hace corresponder una subred dentro de nuestra

red.

Las VLANs pueden segmentar lógicamente redes

conmutadas basadas en:

 Ubicación física (por ejemplo, según los edificios),

 Departamentos de la Organización (por ejemplo:

Comercial) (Figura 3.14), o

 Por función del personal (por ejemplo, Gerencias), u

otros criterios.

Para construir las VLANs tradicionalmente se usaron

encaminadores físicos. Actualmente se puede resolver con

conmutadores que soporten VLANs y conmutadores

multicapa. Las VLANs proveen directamente segmentación de

61

difusión, e indirectamente y no menos importante, aspectos

como la escalabilidad, seguridad, ancho de banda,

departamentalización, y administración de redes. Por ejemplo:

 Seguridad: Separando sistemas que tienen datos

privados con respecto al resto de la red, reduciendo las

opciones para que la gente no pueda acceder a

información privilegiada que no está autorizada a ver,

 Ancho de banda: El uso de VLANs puede organizar y

evitar la creación desmedida de una red de

computadoras que no tienen por qué convivir, y por lo

tanto, aprovechar de una mejor manera el ancho de

banda existente en la red,

 Departamentos o trabajos específicos: Las compañías

muchas veces requieren entornos para que algunos

departamentos con mucha carga de trabajo, o grupos

dedicados a ciertas tareas, deban estar confinados sin

accesos externos, o al menos con un control cuidadoso.

62

Fig. 3.14 Ejemplos de VLANs dentro de una organización.

Los puertos asignados a la misma VLAN comparten el

mismo dominio de difusión.

Las VLANs se puedan configurar:

 Estáticamente: cuando los administradores de la red

configuran puerto por puerto, y cada puerto está

asociado a una única VLAN; es un proceso manual, y

 Dinámicamente: cuando los puertos se autoconfiguran

a su VLAN, generalmente mediante algún software de

63

asignación, previamente configurado con diversos

criterios; es un proceso automático (Figura 3.15).

Fig. 3.15. Configuración dinámica de VLANs.

Los miembros de VLANs estáticas se conocen como

“basados en puerto”. Este es el método más común de asignar

puertos a las VLANs. Cuando un dispositivo entra a la red,

automáticamente asume la membresía de VLAN del puerto al

cual está unido. En la mayoría de los conmutadores que

soportan VLANs, existe una VLAN nativa que viene de fábrica

conteniendo todos los puertos.

La membresía dinámica de las VLANs se crea a través

de un software de administración de red (no como en las

VLANs estáticas). Las VLANs dinámicas permiten la

membresía, por ejemplo, basada sobre la dirección MAC de los

dispositivos conectados al puerto del conmutador. Cuando un

64

dispositivo entra a la red, consulta una base de datos dentro

del conmutador por su membresía VLAN.

La red configurada sobre patrones de flujo de tráfico

conocidos puede tener un 80% del tráfico contenido dentro de

una VLAN. El restante 20% cruzaría el encaminador o

conmutador multicapa a los servidores de la empresa, a

Internet o a la WAN. A esto se lo conoce como la regla 80/20.

Sin embargo, algunos patrones de tráfico en la actualidad

dentro de las VLANs han vuelto a esta regla obsoleta, o al

menos no aplicable en todos los contextos. La regla 20/80 se

aplica a varias redes de hoy en día con 20% del tráfico dentro

de la VLAN, y 80% fuera de la VLAN. No obstante el concepto

es interesante porque introduce la necesidad de tener una idea

sobre las características del tráfico dentro de cada VLAN a los

efectos de la escalabilidad, dimensionamiento y seguridad.

3.3.2 Clasificación de VLANs

Se presenta una clasificación de las VLANs,

dependiendo como se efectúa el agrupamiento de los

dispositivos, por funcionalidad o por disposición física, en:

 VLANs Extremo a Extremo (End-to-End o Campus-wide)

(Figura 3.16)

 VLANs Geográficas o Locales (Figura 3.17)

65

Fig. 3.16. VLANs Extremo a Extremo.

Fig. 3.17. VLANs Geográficas.

La preferencia de las VLANs Geográficas o Locales sobre

las VLANs Extremo a Extremo se debe a una serie de aspectos:

66

 Cuando las redes corporativas tienden a centralizar sus

recursos, las VLANs Extremo a Extremo se vuelven más

difíciles de mantener,

 Los usuarios a veces son obligados a usar diferentes

recursos, varios de los cuales no están en su VLAN,

A causa de este desplazamiento en el lugar y uso de los

recursos, ahora las VLANs se crean más frecuentemente

alrededor de límites geográficos más que límites comunitarios

o funcionales.

3.3.3 Etiquetas y Troncales

Se presentan los conceptos de etiquetamiento y

troncales en VLANs. El etiquetamiento (tagging) en VLAN se

usa cuando un enlace necesita transportar tráfico de más de

una VLAN, a los efectos de rotular y diferenciar una trama de

otra. Y existe un enlace troncal (trunk) entre los conmutadores

cuando el enlace trafica datos provenientes de diferentes

VLANs. Cuando los paquetes se reciben por el conmutador

desde cualquier dispositivo final, se suma un único

identificador de paquete dentro de cada cabecera. Esta

cabecera de información designa la membresía VLAN de cada

paquete.

Las VLANs se pueden extender por varios conmutadores

en una red, y se puede tener más de una VLAN en cada

conmutador (Figura 3.18). Para que se puedan comunicar

múltiples VLANs en varios conmutadores hay que utilizar el

proceso llamado troncal (trunking), que es una tecnología que

permite que la información de muchas VLANs se pueda llevar

67

por un único enlace entre conmutadores. Para ello, se utiliza

el protocolo VTP (Vlan Trunking Protocol), que permite

comunicar la configuración de VLANs entre conmutadores

(este es un protocolo propietario de CISCO Systems).

Fig. 3.18. Ejemplo de troncal de VLANs.

El paquete es entonces transmitido a los conmutadores

o encaminadores apropiados basado sobre el identificador (ID)

de la VLAN y la dirección MAC. Para alcanzar el nodo destino,

el conmutador adyacente elimina el ID de la VLAN del paquete

y lo transmite al dispositivo final. El etiquetamiento de

paquetes provee un mecanismo para controlar el flujo de

tramas de difusión mientras no interfiere con la red y las

aplicaciones.

Hay dos métodos para etiquetar las tramas: (Figura

3.19)

 El ISL (Inter-Switch Link), propietario de CISCO, y

 El IEEE 802.1Q.

68

Se recomienda usar 802.1Q, que es un estándar,

especialmente cuando se combinan dispositivos de diferentes

fabricantes.

Fig. 3.19. Etiquetado de paquetes de VLANs.

El formato de la trama 802.1Q, surge del agregado de 4

bytes a la trama original de Ethernet, de acuerdo a la figura

3.20. En los mismos se diferencian 2 campos generales:

 TPID (Tag Protocol ID - Identificador de Etiqueta de

Protocolo): 2 bytes que originalmente tienen un valor

fijo de 0x8100, que indica que es una trama con

etiqueta de VLAN (en las últimas modificaciones de la

norma existen otros valores, como por ejemplo

etiquetas de Servicio)

 TCI (Tag Control Information - Información de Control

de Etiqueta): 2 bytes que tienen 3 subcampos:

69

o PCP (Priority Code Point): 3 bits de parámetros

de prioridad.

o DEI (Drop Eligibility Indicator): 1 bit indicador

para descarte.

o VID (VLAN ID): 12 bits de Identificador de

VLAN, que etiqueta hasta 4094 VLANs (los

números 0 y 495 están reservados)

Fig. 3.20. Formato de trama 802.1Q.

3.3.4 Configuración de VLANs

Introduciremos algunos ejemplos de configuración

básica de VLANs sobre conmutadores.

70

Supondremos la utilización de un conmutador CISCO

29xx, aunque las consideraciones generales son aplicables a

conmutadores de las diversas marcas, que soporten VLANs. El

número máximo de VLANs depende del conmutador. Los

conmutadores 29xx permiten normalmente 4.094 VLANs; y la

VLAN 1 es la VLAN por defecto de fábrica. La dirección IP del

conmutador CISCO Catalyst 29xx está sobre el dominio de

difusión de la VLAN 1 por defecto.

En la Figura 3.21 se muestran las instrucciones de

configuración del conmutador para crear VLANs y asignarles

puertos a las mismas. Se trata de un ejemplo específico para

crear la VLAN 10 y asignarle el puerto fastethernet 9.

Fig. 3.21. Creación de VLANs y asignación de puertos

en el conmutador.

Por defecto, todos los puertos están configurados como

switchport mode dynamic desirable, lo que significa que si el

puerto está conectado a otro conmutador con un puerto

configurado con el mismo modo por defecto (desirable o auto),

este enlace se convertirá en troncal automáticamente.

71

En las Figuras 3.22 y 3.23 se muestra la instrucción

show, con dos variantes, para verificar la configuración de

VLANs en el conmutador.

Fig. 3.22. Verificación de VLAN con la instrucción

show vlan brief.

72

Fig. 3.23. Verificación de VLAN con la instrucción show vlan.

La Figura 3.24 presenta los comandos para administrar

el conmutador, como la configuración de la dirección IP y de

la puerta de enlace, y la Figura 3.25 para su acceso remoto

con Telnet.

Fig. 3.24. Configuración IP y de la puerta de enlace

del conmutador.

73

Fig. 3.25. Configuración de acceso remoto del conmutador

con Telnet.

3.4 STP – Protocolo de Árbol de Expansión

3.4.1 Visión General

La técnica de árbol de expansión es un mecanismo en el

que los puentes y los conmutadores Ethernet desarrollan

automáticamente una tabla de encaminamiento y la

actualización de la misma, en respuesta a cambios en la

topología de la red. El STP (Spanning Tree Protocol - Protocolo

de Árbol de Expansión) usa esta técnica para resolver de

manera automática la selección de los mejores enlaces ante

las redundancias previstas por diseño y/o una falla de

dispositivo o humana.

Dicho de otra forma, el protocolo STP es un protocolo de

prevención de lazos (loops). Este protocolo permite que los

dispositivos de Capa 2 se comuniquen entre sí para descubrir

74

los lazos físicos en la red, y luego, crear una topología lógica

libre de lazos (Figura 3.26).

Los lazos pueden existir en la red, como parte de una

estrategia de diseño que use redundancia, para mejorar la

confiabilidad del sistema. STP no se necesitaría en redes sin

lazos. Sin embargo, éstos pueden ocurrir accidentalmente a

manos del personal de redes o aún de los usuarios.

Las tramas de difusión y los lazos de Capa 2 por diseño

de red o accidentales pueden ser una combinación dañina. Las

tramas Ethernet no tienen el campo TTL (Time To Live) como

en los paquetes IP, y por lo tanto, pueden estar en la red, y

específicamente en un lazo indefinidamente. Después que una

trama Ethernet comienza un lazo, probablemente continuará

hasta que alguien apague uno de los conmutadores o rompa

un enlace.

75

Fig. 3.26. Configuración típica para usar STP.

El propósito de STP es evitar y eliminar los lazos en la

red al negociar una ruta libre de ellos, a través de un puente o

conmutador especial llamado puente raíz (root bridge) (Figura

3.27).

El STP ejecuta un algoritmo llamado Algoritmo de Árbol

de Expansión (STA - Spanning Tree Algorithm). El STA elige el

puente raíz como punto de referencia, y luego, determina los

enlaces disponibles hacia el mismo. Si existen más que dos

enlaces, el STA selecciona el mejor y bloquea el resto.

76

Fig. 3.27. Bloqueo de enlaces usando STP.

Los cálculos de STP hacen uso extensivo de dos

conceptos claves para crear una topología libre de lazos:

 El BID (ID de Bridge - Bridge ID) y

 El costo del Enlace o Ruta.

El BID identifica cada puente o conmutador, y el STP

determina con él, el raíz o centro de la red (Figura 3.28).

Cada conmutador debe tener un único BID. En el

estándar original 802.1D, el BID es el campo Prioridad y la

MAC del conmutador, y todas las VLANs están representadas

por un árbol de expansión común o CST (Común Spanning

Tree). Debido a que una versión de STP llamada PVST requiere

una instancia separada de árbol de expansión por VLAN, el

campo de BID tiene información de ID de VLAN (Figura 3.29).

77

Fig. 3.28. Formato del ID de Bridge (BID).

Fig. 3.29. Formato extendido del ID de Bridge (BID).

Como se indicó, el BID se usa para elegir el bridge raíz.

El conmutador raíz es el que tiene menor BID. Si la prioridad

es la misma, el conmutador con menor dirección MAC es el

conmutador raíz.

Además, cada conmutador usa el concepto de costo para

evaluar el camino a otros conmutadores. Originalmente

78

802.1D definió los costos como 109/(ancho de banda) del

enlace en Mbps. Por ejemplo:

 El costo del enlace de 10 Mbps = 100 (de costo)

 El costo del enlace de 100 Mbps = 10

 El costo del enlace de 1 Gbps = 1

Este esquema no tenía previsto los enlaces Ethernet de

10 Gbps. La IEEE modificó los costos en una escala no lineal

de la siguiente manera:

 Para 4 Mbps 250 (de costo),

 10 Mbps 100,

 16 Mbps 62,

 45 Mbps 39,

 100 Mbps 19,

 155 Mbps 14,

 622 Mbps 6,

 1 Gbps 4,

 10 Gbps 2.

Se observa que a mayor velocidad menor costo.

3.4.2 Algoritmo STP

La comunicación STP entre conmutadores adyacentes

se realiza con información de Capa 2, intercambiando

mensajes BPDUs (Bridge Protocol Data Units - Unidad de

Datos de Protocolo de Bridge). Cada puerto del conmutador

envía BDPUs que contienen la información requerida para la

configuración de STP. El campo Tipo de Mensaje (Message

Type) (Tabla 3.2) para el mensaje de BPDU es 0x00, y usa la

dirección MAC multicast 01-80-C2-00-00-00.

79

Tabla 3.2. Formato de mensajes de STP.

El algoritmo STP realiza 3 acciones para converger en

una topología sin lazos:

 Acción 1 Elige un Conmutador Raíz,

 Acción 2 Elige los Puertos al Raíz (Root Ports), y

 Acción 3 Elige los Puertos Designados (Designated

Ports).

Cuando la red se inicia por primera vez, todos los

conmutadores envían BPDUs e inmediatamente aplican la

secuencia o proceso de decisión de STP de 5 pasos. Los

conmutadores deben elegir un único Conmutador Raíz con el

menor BID, y que tendrá entonces la “prioridad más alta”.

80

La secuencia de decisión de 5 pasos, es la siguiente:

 Paso 1 – BID menor (Lowest BID),

 Paso 2 – Ruta de costo menor al Conmutador Raíz

(Lowest Path Cost to Root Bridge),

 Paso 3 – BID de transmisor menor (Lowest Sender BID),

 Paso 4 – Prioridad de puerto menor (Lowest Port Priority),

 Paso 5 – ID de puerto menor (Lowest Port ID)

Los conmutadores usan BPDUs de configuración

durante este proceso.

A través del protocolo STP deben resolverse las

siguientes preguntas:

 ¿Quién es el Conmutador Raíz?,

 ¿Cuán lejos se está del Conmutador Raíz?,

 ¿Cuál es el BID del conmutador que envía esa BPDU?, y

 ¿De qué puerto del conmutador emisor viene esa

BPDU?.

Esta información debe obtenerse de los datos que tienen los

campos de las BDPUs.

La primera acción es elegir el Conmutador Raíz. Al

comienzo, todos los conmutadores se autodeclaran como

Conmutador Raíz, ubicando su propio BID en el campo Root

BID de la BPDU. Aunque, una vez que todos los conmutadores

saben cuál es el que tiene el BID más bajo, lo aceptan como

el Conmutador Raíz.

La segunda acción es elegir los Puertos al Raíz. Un

Puerto al Raíz de un conmutador es el puerto más cercano al

81

Conmutador Raíz. Los conmutadores usan el costo para

determinar su cercanía. Cada conmutador no raíz selecciona

un Puerto al Raíz. El costo de la ruta hacia la raíz es la suma

del costo de todos los enlaces al Conmutador Raíz. El

Conmutador Raíz envía BPDUs con un costo de ruta 0. Los

otros conmutadores reciben estas BPDUs y suman el costo de

ruta de la interface FastEthernet al costo de ruta raíz

contenido en la BPDU.

Los conmutadores ahora envían BPDUs con su costo de

ruta raíz a las otras interfaces. Los costos STP se incrementan

cuando se reciben las BPDUs en un puerto, no cuando se

envían fuera del mismo.

Cada conmutador no raíz debe seleccionar un Puerto al

Raíz, que deberíamos entender el puerto a la raíz con el menor

costo. Es decir, un Puerto al Raíz es el puerto más cercano al

Conmutador Raíz, y está determinado por el costo directo, o a

través de una secuencia de enlaces. ¿Qué sucede cuando los

costos son iguales para dos puertos? Se continúa con la

secuencia de 5 pasos. En el paso 3 se indica que el

conmutador que tenga un BID de transmisor menor será

elegido entre los dos.

La tercera acción es elegir los Puertos Designados.

Durante esta acción quedará evidente el objetivo de prevención

de lazos por parte de STP. Un Puerto Designado funciona

como un puerto común que envía y recibe tráfico entre ese

segmento y el Conmutador Raíz. Cada segmento en una red

conmutada tiene un Puerto Designado, elegido en base a un

costo de la ruta raíz al Conmutador Raíz. El conmutador que

82

contiene el Puerto Designado es el Conmutador Designado

para ese segmento. Para ubicar a los Puertos Designados

debemos observar cada segmento.. Desde un dispositivo en

este segmento, “¿a través de qué conmutador debería ir para

alcanzar el Conmutador Raíz?”. Se decide usando el menor

costo del costo de ruta a la raíz publicado desde cada

conmutador.

Todos los otros puertos que no son Puerto Raíz ni

Puertos Designados, se convierten en Puertos no Designados.

Los Puertos no Designados se ponen en estado de bloqueo, que

permite la prevención de lazos de STP.

Si el costo del paso y los BIDs son iguales, situación que

se presenta con enlaces paralelos, el conmutador sigue la

secuencia de decisión de 5 pasos: usa la prioridad de puerto.

La más baja prioridad de puerto gana. La misma puede estar

configurada por defecto a un cierto valor, y es modificable. Si

todos los puertos tienen la misma prioridad, sigue la secuencia

de decisión de 5 pasos: usa el número de puerto más bajo (ID

de puerto).

3.4.3 Estados de los Puertos en STP

Los estados de los puertos en STP, son: retransmisión

(forwarding), aprendizaje (learning), escucha (listening),

bloqueo (blocking) y deshabilitado (disabled) (Tabla 3.3).

Todos los puertos arrancan en modo bloqueo para evitar

que se cree un posible lazo. Los puertos escuchan (o reciben)

BPDUs y no se transmiten datos de usuarios. El puerto

83

permanece en este estado si STP determina que hay un mejor

paso a un Conmutador Raíz. Puede tomar hasta 20 segundos

la transición a otro estado.

Tabla 3.3. Estado de los puertos STP.

El puerto pasa de un estado de bloqueo a otro de

escucha. Intenta aprender si hay otras rutas al Conmutador

Raíz escuchando las tramas. No se transmiten datos de

usuarios. Permanece en este estado durante 15 segundos. Los

puertos que pierden la elección de Puerto Designado se

vuelven Puertos no Designados, y retornan al estado de

Bloqueo.

El estado de aprendizaje es muy similar al anterior,

excepto que el puerto puede agregar información que ha

aprendido a su tabla de direcciones. Es decir, coloca

direcciones MAC en la tabla de direcciones MAC. Aún no

permite enviar o recibir datos de usuarios. Tiene un período de

15 segundos.

Y en el de retransmisión, el puerto puede enviar y recibir

datos de usuario. Un puerto llega y se mantiene en el estado

de retransmisión si:

84

 No hay enlaces redundantes, o si

 Se determinó que es el mejor paso al Conmutador Raíz.

En resumen:

 Se elige un Puerto Raíz por cada conmutador y un

Puerto Designado por cada segmento,

 Estos puertos proveen la mejor ruta desde el

conmutador hasta el Conmutador Raíz (la ruta con el

costo más bajo),

 Estos puertos se ponen en modo de retransmisión,

 Los puertos que no están en modo de retransmisión se

colocan en modo bloqueo,

 Estos puertos continuarán enviando y recibiendo

información de BPDUs, pero no datos de usuario.

3.4.4 Evolución de las Versiones de STP

Presentamos un caso especial: el estado PortFast de

CISCO. PortFast provoca que un puerto salte los modos de

Escucha y Aprendizaje, y pase inmediatamente al estado de

Retransmisión. Cuando se habilita PortFast en los puertos de

acceso de Capa 2, conectados a un simple puesto de trabajo

o a un servidor, se permite a estos dispositivos acceder a la red

inmediatamente, sin esperar la convergencia de ST. El

propósito de PortFast es minimizar el tiempo de acceso a la

red.

Además, el propio protocolo STP ha evolucionado desde

su versión original (Figura 3.30). Una mejora es la que se

denomina RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol - Spanning Tree

Rápido. RSTP está basado en el estándar IEEE 802.1w y STP

85

en 802.1d. RSTP requiere conexión punto a punto y full-

duplex entre conmutadores adyacentes para alcanzar rápida

convergencia. RSTP tiene designaciones de puertos distintas

como: Alternativo (Alternate) y Resguardo (Backup). Los

puertos que no participan en el Árbol de Expansión se conocen

como Puertos de Borde (Edge Ports), y funcionan de manera

similar a los puertos PortFast. Los Puertos de Borde no

transmiten BPDUs, pero se vuelven inmediatamente un Puerto

que no es de Borde si escuchan una BPDU en ese puerto.

Fig. 3.30. Evolución del protocolo STP.

RSTP evita la necesidad de temporizadores de retardo

como en 802.1D. RSTP reemplaza a 802.1D mientras sigue

siendo compatible. El formato de la trama BPDU es el mismo,

excepto que el campo de Versión se indica con 2.

86

Múltiple Árbol de Expansión (Multiple Spanning Tree -

MST) extiende la norma IEEE 802.1w RST a múltiples árboles.

El principal propósito de MST es reducir el número total de

instancias de árboles de expansión que se pueden plantear en

una topología física de red, y así reducir los ciclos de CPU de

un conmutador. MST usa un número mínimo de instancias

STP.

Y Árbol de Expansión por VLAN Plus (o PVST+) mantiene

una instancia separada de árbol de expansión por cada VLAN.

Cada instancia de PVST en una VLAN tiene un único

Conmutador Raíz. PVST+ puede proveer un balanceo de carga

basado en VLAN. PVST+ permite la creación de diferentes

topologías lógicas usando VLANs en una red conmutada para

asegurar que se puedan usar todos los enlaces. Por lo tanto,

no hay puertos en estado de bloqueo.

3.5 Ejercitación

Ejercicio n° 1:

Explique las diferencias de funcionamiento entre Repetidor,

Concentrador, Puente y Conmutador.

Ejercicio n° 2:

Indique si las siguientes afirmaciones son verdaderas o

falsas:

87

a) Un concentrador debe esperar a que el canal esté

desocupado antes de enviar datos por una interfaz Ethernet

half-duplex.

b) Si un host A manda un paquete IP al host B a través del

conmutador X, estando los 3 en la misma LAN, entonces la

MAC de destino de la trama Ethernet es la dirección MAC de

X.

c) Un conmutador Ethernet no utiliza la dirección IP para

decidir por cuál puerto debe retransmitir.

d) Si un conmutador que trabaja en modo Almacena y Envía

recibe una trama con errores, la descarta y no la reenvía.

e) Cuando un conmutador tiene una trama lista para enviar

a través de una interfaz Ethernet half-duplex, debe sensar el

medio y esperar a que se desocupe.

Resolución Ejercicio n° 2:

a. Falso

b. Falso

c. Verdadero

d. Verdadero

e. Verdadero

Ejercicio n° 3:

Busque en las especificaciones técnicas de por lo menos 3

(tres) conmutadores comerciales administrables, e indique en

una tabla las características propias de cada uno.

Ejemplo:

Cantidad de puertos,

Velocidad de puertos,

Alimentación POE,

88

Forwarding modes,

Switching capacity,

Capacidad tabla MAC,

Spanning tree,

802.3ad link aggregation,

VLAN,

Seguridad,

Autenticación, etc.

Ejercicio n° 4:

Comparar el formato (los campos) de una trama Ethernet con

una trama que cumpla con el estándar 802.1q, explicando los

campos adicionales.

Ejercicio n° 5:

De la figura, indique si las siguientes afirmaciones son

verdaderas o falsas:

a) Los enlaces llamados “troncales” son los que están en

las interfaces FE0/26 y FE0/27 del conmutador “Core”.

b) Es posible la comunicación entre la PC01 y la PC12

c) Es posible la comunicación entre la PC02 y la PC03

d) El campo de VLAN ID está presente en las tramas que

salen de la interface E0/3 del conmutador Acceso02.

e) El campo de VLAN ID está presente en las tramas que

salen de la interface FE0/26 del conmutador Acceso01.

f) Todas las PCs tienen acceso a la administración de los

conmutadores.

g) Ninguna PC tiene acceso a la administración de los

conmutadores.

89

Resolución Ejercicio n° 5:

a. Verdadero

b. Falso

c. Verdadero

d. Falso

e. Verdadero

f. Falso

g. Falso

Ejercicio n° 6:

En el esquema del ejercicio anterior, explicar qué sucede si

PC03 envía una trama de difusión y a quiénes les llega esa

trama.

Resolución Ejercicio n° 6:

En un esquema de VLANs, las tramas de difusión) emitidas

por un host, le llega solamente a todas los hosts que se

encuentran en la misma VLAN. En el ejemplo a la PC01 y

PC02.

90

Ejercicio n° 7:

Con el uso de puentes, explique el problema que se presenta

en las topologías con lazos.

Ejercicio n° 8:

Explique las características del protocolo “spanning tree”

utilizado para solucionar los problemas del ejercicio 1.

Ejercicio n° 9:

Indique si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas:

a) El protocolo de Spanning Tree permite a los conmutadores

aprender la ubicación de las direcciones MAC en la red y así

evitar el envío de las tramas Ethernet a través de todos los

puertos.

b) El protocolo de Spanning Tree puede generar caminos

subóptimos entre hosts y subutilizar recursos de la red.

Resolución Ejercicio n° 9:

a. Falso

b. Verdadero

Ejercicio n° 10:

En la red de la figura, los conmutadores aplican el algoritmo

STP para obtener una topología libre de lazos. La MAC de

SW1 es: 1111:1111:1111, del SW2 es 2222:2222:2222 y del

SW3 es 3333:3333:3333 y la prioridad de cada uno es la por

defecto (32768).

91

Indique si las siguientes afirmaciones son verdaderas o

falsas:

a) El puerto del SW2 con interfaz en la LAN3 queda en modo

Forwarding después de converger el algoritmo STP.

b) Mientras SW1 se encuentra en estado Listening puede

aprender direcciones MAC de las tramas que recibe.

c) El puerto de SW1 con interfaz en la LAN1 quedará en modo

Blocking, porque tiene menor capacidad que el puerto con

interfaz en la LAN2.

d) Si se agregara una segunda conexión de SW1 a la LAN2, la

misma quedará en modo Blocking.

Resolución Ejercicio n° 10

a. Verdadero

b. Falso

c. Falso

d. Verdadero

Ejercicio n° 11:

92

De la topología del ejercicio 4, dibujar el árbol STP final.

3.6 Bibliografía y referencias

3.6.1 Libros impresos

 William Stallings, “Data and Computer

Communications”, Pearson Education, 10° Ed., 2014.

 William Stallings y Thomas Case, “Business Data

Communications”, Pearson Education, 7° Ed., 2013.

 William Stallings, “Data and Computer

Communications”, Pearson Education, 8° Ed., 2009.

 CCNA de CISCO Press.

 William Stallings, “Wireless Communications &

Networks”, Prentice Hall, 2° Ed., 2005.

 Michael Daoud Yacoub “Wireless Technology: Protocols,

Standards, and Techniques”, CRC Press, 2002.

 William Stallings, “Local and Metropolitan Area

Networks”, Prentice Hall, 6° Ed., 2000.

 Uyless Black, “Tecnologías Emergentes para Redes de

Computadoras”, Ed. Prentice-Hall, 1999.

 D. Comer, “Redes Globales de Información con Internet

y TCP/IP”, Ed. Prentice-Hall, 3° Ed., , 2000.

 Request for Comments referidos a la temática.

 Artículos de revistas (IEEE, ACM, etc.) referidos a la

temática.

3.6.2 Enlaces y Referencias

 Estándares generales de la IEEE

http://standards.ieee.org/about/get/index.html

93

 Información Ethernet general, especificaciones técnicas,

lista de lecturas Ethernet

http://www.ethermanage.com/ethernet/ethernet.html

 Consorcio que promociona la tecnología y productos

Ethernet. El sitio incluye numerosos documentos

http://www.ethernetalliance.org/

 Últimos documentos que incluyen los documentos de la

Task Force para Ethernet de 40-Gbps y 100-Gbps

http://www.ieee802.org/3/

 University of New Hampshire (equipamiento de testing

de ATM, FDDI, Fast Ethernet, FDSE, Ethernet, OSPF,

Network Management (SNMP), Token Ring, VG-AnyLAN)

http://www.iol.unh.edu/

 Documento sobre el Protocolo STP

http://etutorials.org/Networking/Lan+switching+first-

step/Chapter+7.+Spanning+Tree+Protocol+STP/

 Documento sobre VLAns

http://etutorials.org/Networking/Lan+switching+first-

step/Chapter+8.+Virtual+LANs+VLANs/

 Documento sobre diseño de redes LAN switchadas

http://etutorials.org/Networking/Lan+switching+first-

step/Chapter+10.+LAN+Switched+Network+Design/

 Documento sobre administración de redes LAN

switchadas

http://etutorials.org/Networking/Lan+switching+first-

step/Chapter+11.+Switch+Network+Management/

 Documento de la empresa CISCO sobre aplicaciones

VLANs

94

http://www.cisco.com/univercd/cc/td/doc/product/rt

rmgmt/sw_ntman/cwsimain/cwsi2/cwsiug2/vlan2/st

papp.htm

 Documento sobre Redes Privadas Virtuales (VLANs)

http://www.textoscientificos.com/redes/redes-

virtuales

 Calidad de Servicio (QoS) en LANs

http://www.cisco.com/web/about/ac123/ac147/archi

ved_issues/ipj_4-1/lan_qos.html

 Estándar 802.1q

http://standards.ieee.org/getieee802/download/802.1

Q-1998.pdf

 Soluciones de networking

http://www.cisco.com/en/US/prod/switches/ps5718/

ps708/networking_solutions_products_genericcontent0

900aecd805f0955.pdf

CAPÍTULO 4

95

Capítulo 4

Encaminadores y Protocolos de

Encaminamiento

4.1 Encaminadores

4.1.1 Introducción

4.1.2 Características Generales de los

Encaminadores

4.1.3 CPU, Memorias y Sistema Operativo de

los Encaminadores

4.1.4 Puertos o Interfaces

4.1.5 Encaminador como dispositivo de Capa 3

4.1.6 Instrucciones de configuración básicas

4.2 Protocolos de Encaminamiento y

Encaminados

4.2.1 Introducción

4.2.2 Encaminamiento Adaptativo o Dinámico

4.2.3 Sistemas Autónomos y Protocolos IRP –

ERP

4.2.4 Tipos de Encaminamiento

4.2.5 Algoritmos de Encaminamiento

4.3 Ejercitación

4.4 Bibliografía y referencias

4.4.1 Libros impresos

4.4.2 Enlaces y Referencias

96

Encaminadores y Protocolos de

Encaminamiento

4.1 Encaminadores

4.1.1 Introducción

Un encaminador, también conocido como enrutador de

paquetes, es un dispositivo que proporciona conectividad a

nivel de red o nivel de Capa 3 en el modelo OSI. Su función

principal consiste en enviar o encaminar paquetes de datos de

una red a otra, es decir, interconectar subredes, entendiendo

por subred un conjunto de máquinas IP que se pueden

comunicar sin la intervención de un encaminador; y que por

lo tanto, tienen números o prefijos de red distintos. El

funcionamiento básico de un encaminador consiste en

almacenar un paquete y reenviarlo a otro encaminador o al

host final. Cada encaminador se encarga de decidir el siguiente

salto en función de una tabla de reenvío, de ruteo o de

encaminamiento.

4.1.2 Características Generales de los Encaminadores

Los primeros encaminadores fueron minicomputadores

que controlaban el flujo de datos entre redes de computadoras.

Actualmente ofrecen una amplia gama de servicios a “ese flujo”

de datos. Básicamente son computadoras con su CPU, RAM,

ROM y sistema operativo.

97

El primer dispositivo que tenía fundamentalmente la

misma funcionalidad que lo que al día de hoy entendemos por

encaminador, era el IMP. Los IMPs del año 1969 eran los

dispositivos que formaban la ARPANET, la primera red de

conmutación de paquetes, antecesora de Internet. La idea de

un encaminador (llamado por aquel entonces gateway o

compuerta) vino inicialmente de un grupo internacional de

investigadores en redes de computadoras, creado en 1972. A

finales de 1976, tres encaminadores basados en PDP-11s

entraron en servicio en el prototipo experimental de Internet.

Posteriormente, en 1981 se desarrolló el primer encaminador

multiprotocolo (multiprotocol router), en Stanford, que

soportaba más de un protocolo y también estaba basado en

PDP-11s. Desde mediados de los años 70 y en los años 80, los

miniordenadores de propósito general servían como

encaminadores.

Luego, a principio de los años ‘80, se desarrollaron los

primeros módems encaminadores en Internet. Y siguiendo las

innovaciones, nació CISCO en 1984, que adoptó, mejoró y

comercializó el encaminador multiprotocolo. Actualmente, los

encaminadores de alta velocidad están muy especializados, ya

que se emplea un hardware específico para acelerar las

funciones más importantes, como son el encaminamiento de

paquetes y algunas funciones especiales, como la encriptación

IPsec.

Los encaminadores envían paquetes a la red de

conmutación de paquetes, desde la fuente original hasta el

destino final, seleccionando la mejor ruta basado en la

dirección IP destino. Y conecta múltiples redes a través de sus

98

interfaces o puertos asociados a diferentes redes IP. El

encaminador R1, en la Figura 4.1, se conecta con sus

interfaces, hacia la izquierda con una red LAN y hacia la

derecha a través de una red WAN con el encaminador R2. Los

encaminadores disponen de interfaces para su conexión con

las redes LAN, con las redes WAN, e interfaces para su

administración.

Fig. 4.1. Ejemplo de interconexión de redes LAN

usando encaminadores.

La función primaria de un encaminador es recibir los

paquetes en un puerto de entrada, determinar la mejor ruta al

destino para cada paquete de acuerdo a una métrica, y enviar

los paquetes hacia su destino por el puerto de salida

seleccionado. Como se observa en la Figura 4.2, el paquete IP

entra por la interfaz Ethernet del encaminador. El mismo

examina la dirección IP destino del paquete, y determina la red

destino a la que pertenece. Por la interfaz de salida en la ruta,

el paquete se envía al próximo encaminador al destino final. El

encaminador busca la mejor opción de la dirección IP destino

del paquete y la dirección de red en la tabla de

encaminamiento. Ésta sirve para determinar el mejor paso, es

decir, la mejor opción entre dirección IP destino y dirección de

red en la tabla (Figura 4.2).

99

Fig. 4.2. Ejemplo de encaminamiento de un paquete

usando encaminadores.

4.1.3 CPU, Memorias y Sistema Operativo de los

Encaminadores

Como se indicó previamente, los primeros

encaminadores se construyeron sobre miniordenadores de

propósito general. Los encaminadores actuales siguen siendo

básicamente una computadora, salvo que ahora no disponen

a la vista de los periféricos habituales, como un monitor o

teclado, dado que no son necesarios. Para la administración

se recurre a otra computadora desde la que se harán las

supervisiones y configuraciones necesarias.

Un encaminador básicamente consta de una CPU,

memorias y puertos (o interfaces) de comunicaciones. En la

CPU se ejecutan las instrucciones y procesos de su sistema

operativo. Pueden existir distintos tipos de memorias: una

100

memoria RAM sobre la que se almacena el sistema operativo

activo, el archivo de configuración en ejecución, la tabla de

encaminamiento, la caché ARP, los buffers de entrada/salida

de los puertos, etc. En la memoria ROM se almacena el

software de diagnóstico usado cuando el encaminador se

enciende, el programa bootstrap de arranque y una versión

limitada del sistema operativo. La memoria Flash se utiliza

para almacenamiento permanente de archivos, como el

sistema operativo, copias de archivos de configuración, etc.

Puede existir una memoria NVRAM donde se almacena el

archivo de configuración de inicio (es decir, ante un arranque

o reinicio del encaminador, esta copia se carga en la memoria

RAM). El encaminador dispone de múltiples interfaces físicas

que se usan para conectarse a la red correcta. Por ejemplo,

puertos Ethernet y/o fast Ethernet, puertos seriales y puertos

de consola para administración.

Se observan en la Figura 4.3, a título ejemplificativo, las

instrucciones que en el modo comando pueden aplicarse a un

encaminador particular para determinar las características de

los recursos que posee.

El sistema operativo o IOS (Internetwork Operating

System) del encaminador es el responsable de administrar sus

recursos de hardware y software, el mapeo de memoria, la

administración de los procesos, la seguridad, la

administración de los archivos de configuración y de sistemas,

etc. El encaminador puede almacenar diferentes imágenes

IOS, aunque una sola estará en servicio. Una imagen IOS es

un archivo que contiene el IOS completo para ese

101

encaminador. Cada imagen corresponderá a un modelo

particular de encaminador, aunque podrá variar en sus

características. Por ejemplo, una versión de IOS puede dar

soporte a IPv6 o a un protocolo de encaminamiento particular

como BGP.

Fig. 4.3. Instrucciones en el modo comando

sobre un encaminador.

El proceso de arranque (boot process) del encaminador

es similar a cualquier computadora (inclusive que a un

conmutador). En este proceso grabado en ROM se produce

una sucesión de operaciones desde el momento que se lo

enciende hasta el momento que está en condiciones de realizar

las operaciones para las cuales está configurado. La primera

operación que se realiza es el denominado POST (Power-On

102

Self-Test) que se refiere a las rutinas que se ejecutan

inmediatamente después del encendido. El POST incluye

rutinas para configurar valores iniciales para señales internas

y externas, para ejecutar verificaciones, entre otros aspectos.

Al terminar el POST exitosamente, se invoca el código del

boststrap de ROM que carga el sistema operativo. Es necesario

ubicar y cargar el sistema operativo que podrá estar

almacenado en memoria flash o en un servidor TFTP.

Finalmente, se ubica y carga el archivo de configuración

almacenado habitualmente en la memoria NVRAM o en un

servidor TFTP.

Como ejemplo podemos mencionar la instrucción show

version del IOS de un producto en particular que permite

observar varias de las características mencionadas

precedentemente, como: versión de IOS, versión del boostrap,

modelo del encaminador y tipo de CPU, número y tipo de

interfaces, y cantidad de memoria NVRAM y Flash (Figura 4.4).

103

Fig. 4.4. Verificación de las características principales

del encaminador.

4.1.4 Puertos o Interfaces

Algunos fabricantes usan indistintamente los términos

puerto o interfaz. Sin embargo, otros se refieren a puerto para

indicar uno de los puertos de administración usados para

acceso administrativo al encaminador, y usan el término

interfaz para los puertos que son capaces de enviar y recibir

tráfico de usuario (Figura 4.5).

Fig. 4.5 Puertos e interfaces en un encaminador.

El puerto de consola se utiliza para la administración

desde un dispositivo externo tipo terminal, o por una PC que

ejecuta un software emulador de terminal (por ejemplo, putty).

Se usa para la configuración inicial, y no se lo utiliza para los

104

accesos a la red, mientras que el puerto auxiliar (AUX) se

emplea también para la administración, pero a través de un

módem. Hoy en día no todos los encaminadores tienen

disponible este puerto.

Las interfaces se utilizan para recibir y enviar paquetes.

Dada la función del encaminador para interconectar distintos

tipos de redes, podrá disponer de interfaces con sus

conectores para los medios correspondientes. Por ejemplo,

interfaces Fast Ethernet para LANs, o serie para WAN,

incluyendo T1, E1, DSL, ISDN, etc.

4.1.5 Encaminador como Dispositivo de Capa 3

Un encaminador es un dispositivo de Capa 3 debido a

que su decisión primaria de envío se basa en la información

del paquete IP de dicha Capa; específicamente en la dirección

IP destino. El proceso se conoce como encaminamiento o

enrutamiento (en inglés, routing) de los paquetes.

Las direcciones de Capa 2, física o MAC se usan en la

trama para la comunicación interfaz a interfaz en la misma

red. Y deben cambiarse cada vez que los paquetes se

encapsulan y desencapsulan de red a red (Figuras 4.6 y 4.7).

Mientras que las direcciones de Capa 3 de la fuente original o

IP origen, y del destino final o IP destino, transportadas dentro

del paquete IP de la trama, no cambian excepto cuando se usa

NAT.

105

Fig. 4.6. Proceso de reenvío de paquetes a través de la red.

Fig. 4.7. Procesos de encapsulamiento y desencapsulamiento.

La mejor ruta para encaminar un paquete a una red

destino debería ser la óptima o “más corta”. Esto depende del

protocolo de encaminamiento. Los protocolos de

encaminamiento dinámicos usan sus propias reglas y

métricas. Una métrica es el valor cuantitativo usado para

106

medir la distancia a una ruta determinada. La mejor ruta a

una red es el camino con la métrica más baja.

4.1.6 Instrucciones de Configuración Básicas

Desde la Figura 4.8 a la Figura 4.12 se muestran

algunas instrucciones de configuración básicas del IOS de un

encaminador (de un producto comercial en particular),

aplicados sobre una interfaz Ethernet y una interface serial,

y las instrucciones para verificar las interfaces y el archivo de

configuración.

Fig. 4.8. Configuración básica de una interfaz fastethernet del

encaminador.

Fig. 4.9. Configuración básica de una interfaz serial

del encaminador.

107

Fig. 4.10. Instrucción de verificación de las interfaces fastethernet.

Fig. 4.11. Instrucción de verificación de las interfaces Seriales.

Estas configuraciones y verificaciones se han realizado

a través de la interfaz de líneas de comando o CLI, aunque de

acuerdo al producto también podrían realizarse, parcial o

totalmente, usando las herramientas gráficas que se disponga,

108

o vía un acceso WEB.

Fig. 4.12. Instrucción de verificación de archivo de configuración

del encaminador.

En la Figura 4.13 se observa la instrucción show ip route

que nos muestra la tabla de encaminamiento del encaminador

109

R1 asociado al ejemplo de red. La tabla de encaminamiento es

un arreglo de datos en RAM que se usa para almacenar la

información de ruta de las redes directamente conectadas y de

las redes remotas.

Fig. 4.13. Instrucción de verificación de la tabla de

encaminamiento del encaminador.

Una red directamente conectada es aquella que está

físicamente unida a una de las interfaces del encaminador.

Cuando una interfaz del encaminador se configura con una

dirección IP y máscara de subred, la interfaz se vuelve un host

más de esa red. Las redes activas directamente conectadas se

agregan automáticamente a la tabla de encaminamiento.

Una red remota no está directamente conectada al

encaminador; solo puede alcanzarse enviando el paquete a

otro encaminador. Éste a su vez, si es necesario, lo deriva

110

hacia otro encaminador, y así sucesivamente hasta llegar al

último. Las redes remotas se agregan a la tabla de

encaminamiento usando protocolos de encaminamiento

dinámicos como RIP u OSPF, o rutas estáticas.

4.2 Protocolos de Encaminamiento y Encaminados

4.2.1 Introducción

Los protocolos de encaminamiento son esenciales para

el funcionamiento de Internet. Los encaminadores envían

paquetes o datagramas IP a través de una secuencia de

dispositivos similares, que une el origen con el destino. Para

ello, el encaminador debe tener una idea de la topología de la

red. Los protocolos de ruteo proveen esta información para la

toma de decisiones.

La función de los encaminadores es recibir y enviar

datagramas. Toman decisiones de ruteo en base al

conocimiento de la topología y las condiciones de la red. Las

decisiones se basan en criterios del menor costo.

IP es un protocolo encaminado (routed, enrutado o

ruteado). Es un protocolo de Capa 3 que contiene la

información de la dirección de la red destino. Esta información

la usan los encaminadores para determinar a qué interface y

próximo encaminador enviar este paquete.

Un encaminador debe conocer cómo llegar a redes no-

directamente conectadas. Existen dos formas: estática o

dinámica. En la forma estática se usa una ruta programada

111

que un administrador de red configura en el encaminador; y

en la forma dinámica se usa una ruta que un protocolo de

encaminamiento ajusta automáticamente de acuerdo a

cambios en la topología o en el tráfico.

Una ruta estática es una ruta única permanente

configurada para cada par origen-destino. Los problemas

aparecen cuando cambia la topología. En dicho caso habrá

que reconfigurar manualmente la ruta estática. El criterio para

elegir la ruta no se basa en datos dinámicos. La elección

normalmente está basada en volúmenes de tráfico estimados

y/o capacidades de los enlaces.

Las rutas estáticas se usan en conjunto con los

protocolos dinámicos de encaminamiento. Se prefiere una ruta

estática cuando el uso de los protocolos de encaminamiento

dinámicos plantea desventajas (por ejemplo, restricciones de

seguridad), o cuando no se necesitan porque existe una sola

ruta.

En la Figura 4.14 se observan 5 redes, desde la Red 1

hasta la Red 5, conectadas a través de 8 encaminadores

identificados como Encaminador A hasta Encaminador F. Se

observa que existe un costo de enlace en la salida de cada

encaminador para cada red. Por ejemplo, el Encaminador A

tiene un costo de 7 hacia la Red 1 y un costo de 1 hacia la Red

4.

112

Fig. 4.14. Ejemplo de interconexión de 5 Redes

usando 8 Encaminadores.

Para la gestión del tráfico, cada encaminador tiene una

tabla de encaminamiento. Se requiere una tabla de

encaminamiento por cada encaminador que tendrá entradas

para cada red. La dirección de la red se obtiene de la porción

de la red de la IP destino. Cuando se alcanza el encaminador

junto a la red destino, luego de que se ha atravesado la

secuencia de encaminadores, aquél puede enviar el datagrama

al host destino. Cada entrada en la tabla de ruteo muestra sólo

el próximo nodo en la ruta, no la ruta completa.

113

Las tablas de encaminamiento pueden también estar

presentes en los hosts. Si el host está unido a una única red,

y esa red tiene un único encaminador conectado, no se

necesita la tabla de encaminamiento porque todo el tráfico

debe pasar por ese encaminador, que es la puerta de enlace de

la red. Sin embargo, cuando existen múltiples encaminadores

conectados a esa red, el host necesita de la tabla de

encaminamiento para saber qué encaminador usar para llegar

a una red destino determinada.

En las Figuras 4.15, 4.16 y 4.17 se presentan las tablas

de encaminamiento para la red de la Figura n° 4.14. Se

observa que cada tabla pertenece a un encaminador o un host,

e indica la red destino que se puede alcanzar y a través de qué

encaminador. La tabla siempre indicará la ruta de menor

costo.

Por ejemplo, en la Tabla del Encaminador A se indica

que para llegar a la Red 3 los paquetes deben enviarse al

Encaminador D a través de la salida de costo 1. Y aunque

luego se debe seguir la ruta atravesando el Encaminador G,

para llegar a la Red 3, este camino es más económico que

seguir la secuencia o ruta por el Encaminador C usando la

salida de costo 7. En las tablas de encaminamiento en las que

aparecen guiones, sin mencionar ningún encaminador, se

presentan los casos de conexiones directas a las Redes,

cuando el costo de la salida correspondiente es la mejor

opción.

114

Fig. 4.15. Tablas de encaminamiento

de los Encaminadores A, B y C.

Fig. 4.16. Tablas de encaminamiento

de los Encaminadores D, E y F.

115

Fig. 4.17. Tablas de encaminamiento

de los Encaminadores G y H, y de la PC X.

4.2.2 Encaminamiento Adaptativo o Dinámico

Cuando las condiciones de la red cambian, las rutas

pueden o deben cambiar. Esto puede producirse por la

inclusión de redes nuevas, fallas en los dispositivos y/o los

enlaces, problemas de lazos de encaminamiento, o problemas

de congestión en la red.

Las decisiones de encaminamiento son más complejas y

aumentan el procesamiento del encaminador. Dichas

decisiones se basan en información obtenida en un lugar, pero

usada en otra parte. Es decir, se trata de información que

generan los encaminadores para que la usen otros

encaminadores. Mientras más información se intercambia

entre los encaminadores mejoran las decisiones de

encaminamiento, porque seguramente aumenta la calidad de

la información. Sin embargo, esto incrementa la sobrecarga

de tráfico. En los dos extremos operativos puede suceder que

116

el sistema reaccione demasiado rápido ante un cambio en la

red, provocando congestión y oscilaciones. En el otro caso

puede reaccionar muy lentamente y ser irrelevante. Existen

dos casos especiales: Agitación (Fluttering) y Formación de

lazos (Looping).

Se llama agitación a las oscilaciones rápidas en el

encaminamiento, debido a que el encaminador intenta hacer

balanceo o reparto de cargas entre una cierta cantidad de

rutas disponibles. El problema es que los paquetes sucesivos

de una transferencia pueden llegar al mismo destino tomando

rutas muy diferentes.

Si la agitación sólo aparece en un sentido, las

características de las rutas pueden diferir en las dos

direcciones, incluyendo diferencias en la temporización y

características de error. Esto puede confundir a las

aplicaciones de gestión y de localización de averías que tratan

de medir las características de las rutas. Con dos rutas

distintas entre origen y destino, se dificultan las estimaciones

de tiempo y de capacidades disponibles. Por ejemplo, los

segmentos TCP llegarían fuera de orden, se producirían

retransmisiones espurias y aparecerían reconocimientos

duplicados.

Los lazos se producen cuando los paquetes enviados por

un encaminador retornan a ese mismo encaminador. Los

algoritmos de encaminamiento se diseñan para prevenir los

lazos. Pueden ocurrir cuando los cambios en la conectividad

de la red no se propagan lo suficientemente rápido a todos los

otros encaminadores.

117

El encaminamiento dinámico ofrece varias ventajas,

mientras deben prevenirse sus eventuales desventajas. Se

destaca que mejora la prestación vista por el usuario. Además,

puede ayudar a controlar la congestión. Los beneficios

dependen de las características del diseño del algoritmo de

encaminamiento. Estos algoritmos son muy complejos y están

en continua evolución.

Se puede plantear una comparación entre el

encaminamiento estático y el dinámico. En el estático la

configuración de las tablas es manual. Aunque hay un mayor

control, no es escalable para una gran cantidad de

encaminadores debido a los tiempos de configuración que se

requerirían. Además, la actividad manual necesaria para

ajustar los encaminadores, ante los cambios que se producen

en la red, hace lenta la adaptación. Con el encaminamiento

dinámico se obtienen rutas óptimas y rapidez de adaptación a

los cambios en la red. Además, son escalables. Lógicamente

que se incrementa la demanda de recursos de CPU, de ancho

de banda y de memoria de los encaminadores. Y la

configuración y ajuste del encaminamiento dinámico,

especialmente en grandes redes, son tareas complejas.

Las estrategias para el encaminamiento dinámico

pueden clasificarse según el origen de la información que

utilicen en: Local, de Nodos Adyacentes y de Todos los nodos.

La estrategia local encamina cada paquete a la red por la

interfaz de cola más corta. Su objetivo es el balance de cargas

en las redes, aunque puede suceder que el datagrama no sea

dirigido en la dirección correcta. Se sugiere la inclusión de una

118

dirección preferida. Esta estrategia es muy poco usada. La

estrategia que obtiene la información de los nodos adyacentes

es propia de los algoritmos denominados vector distancia, y la

que obtiene información de todos los nodos es utilizada por los

algoritmos de estado de enlace. Estos algoritmos necesitan que

el protocolo de encaminamiento intercambie información entre

los nodos.

Las características más importantes a considerar en los

protocolos de encaminamiento dinámico son: el tiempo de

convergencia, la escalabilidad, su formato en la forma de

manejar el direccionamiento IPv4 de acuerdo o no a las clases

(classless o classful), el uso de recursos, y la implementación

y mantenimiento. El tiempo de convergencia a un estado

estable, luego de un cambio en la red, es una característica

muy importante de los protocolos dinámicos. Mientras más

rápido mejor. La escalabilidad hace referencia al tamaño de la

red que se puede gestionar. El protocolo puede ser classless

o classful en cuanto a la capacidad de soporte de VLSM y

CIDR. El uso de recursos quiere destacar el nivel de la

demanda de memoria RAM, CPU y ancho de banda de enlace

que requiere el algoritmo, mientras que el tipo de

implementación y mantenimiento plantea el conocimiento que

se requiere para un administrador de la red.

4.2.3 Sistemas Autónomos y Protocolos IRP - ERP

Se plantearán tres conceptos que están relacionados: los

Sistemas Autónomos, los Protocolos de Encaminamiento

(Interior Routing Protocol - IRP) y los Protocolos de

119

Encaminamiento (Exterior Routing Protocol - ERP). Se llama

Sistema Autónomo (SA) al grupo de encaminadores que

intercambian información vía un protocolo de

encaminamiento común. También se puede definir como el

conjunto de encaminadores y redes administradas por una

única organización. En la Figura 4.18 se presentan dos

sistemas autónomos llamados Sistema Autónomo 1 y Sistema

Autónomo 2. Como se observa, estos Sistemas Autónomos a

su vez están vinculados entre sí.

Fig. 4.18. Ejemplo de interconexión

de los Sistemas Autónomos 1 y 2.

Los protocolos de encaminamiento interior (IRP) reciben

este nombre porque transmiten información de

120

encaminamiento entre los encaminadores de un Sistema

Autónomo. Dado que los Sistemas Autónomos tienen

dimensiones físicas limitadas y están gestionados por una

autoridad administrativa, los IRP se diseñan o configuran “a

medida”. Pueden usarse diferentes algoritmos de

encaminamiento en diferentes SA conectados. Los Sistemas

Autónomos necesitan mínima información de otro SA

conectado. Esa conexión se obtiene al menos a través de un

encaminador en cada SA. Tales encaminadores usan

protocolos de encaminamiento exterior (ERP)

Los protocolos de encaminamiento exterior (ERP) pasan

menos información que los IRP. Solo es necesario que el

encaminador en el primer Sistema Autónomo determine la

ruta al Sistema Autónomo destino. Los encaminadores en el

Sistema Autónomo destino cooperan para enviar el paquete.

El ERP no conoce los detalles de la ruta seguida dentro del

Sistema Autónomo destino.

La Figura 4.19 presenta algunos ejemplos de protocolos

de encaminamiento interior IRP vector distancia y de estado

de enlace, como son: RIP, IGRP, OSPF, IS-IS y EIGRP. También

se presenta BGP como ejemplo de protocolo de

encaminamiento exterior ERP.

121

Fig. 4.19. Ejemplos de Protocolos IRP y ERP.

4.2.4 Tipos de Encaminamientos: vector distancia, de estado

de enlace y vector-paso

En el encaminamiento vector distancia, cada nodo

(encaminador o host) intercambia información con los nodos

vecinos. Se llaman vecinos cuando los encaminadores están

conectados directamente a la misma red. La técnica de

encaminamiento vector distancia fue la primer generación de

algoritmos de encaminamiento usados por ARPANET. Cada

nodo mantiene un vector de los costos de enlace para cada red

conectada directamente, y la distancia y los vectores del

siguiente salto para cada destino. RIP es un ejemplo de

protocolo vector distancia. Para el funcionamiento del

encaminamiento vector distancia se requiere la transmisión de

mucha información por cada encaminador, dado que es

necesario enviar el vector distancia a todos los vecinos. Este

122

encaminamiento contiene un costo de paso estimado a todas

las redes en la configuración, y los cambios insumen mucho

tiempo en propagarse.

El encaminamiento de estado de enlace se diseñó para

evitar las desventajas del encaminamiento vector-distancia.

Cuando el encaminador se inicializa, fija el costo de enlace

para cada interfaz, y notifica el conjunto de costos de enlace a

todos los encaminadores en la topología. Es decir, no sólo

envía la información a los encaminadores vecinos sino a todos.

A partir de ese momento, cada encaminador monitorea sus

costos de enlace, y si hay un cambio significativo, notifica de

nuevo sus costos de enlace. Con esta información cada

encaminador puede construir la topología de la configuración

entera, y calcular el camino más corto a cada red destino. Se

concluye que cada encaminador construye su propia tabla de

encaminamiento, conteniendo el primer salto a cada destino.

No se trata de un encaminamiento distribuido. Y podría usarse

cualquier algoritmo para determinar los caminos más cortos,

aunque en la práctica se utiliza el algoritmo de Dijkstra. OSPF

es un ejemplo de protocolo de encaminamiento de estado de

enlace. Comenzó a usarse en la segunda generación de

ARPANET.

Los protocolos de encaminamiento exterior, también

denominados de vector paso, prescinden de las métricas de

encaminamiento. Su función es proveer información sobre qué

redes pueden alcanzarse por un encaminador dado y qué

sistema autónomo cruza para llegar a esa red. No se incluye

distancia o estimación de costos. Cada bloque de información

lista todos los sistemas autónomos visitados en esta ruta. Está

123

especializado para realizar políticas de encaminamiento, como

por ejemplo: evitar el camino que transita por un sistema

autónomo particular, velocidad de enlace, capacidad,

tendencia a volverse congestionado, calidad de

funcionamiento, seguridad, minimizar el número de sistemas

autónomos de tránsito, entre otros aspectos.

La Figura 4.20 presenta un interesante detalle

cronológico de la mayoría de los protocolos de encaminamiento

interior y exterior existentes. Además, la progresión de las

diversas versiones de los mismos agrupados según se trate de

protocolos de encaminamiento vector distancia, de estado de

enlace o de vector paso, y si son classless, classful o utilizados

para IPv6.

Fig. 4.20. Evolución de los Protocolos de Encaminamiento.

124

4.2.5 Algoritmos de Encaminamiento

Casi todas las redes de conmutación de paquetes y

todas las de Internet basan sus decisiones de encaminamiento

en algún criterio de mínimo costo. Un criterio es minimizar el

número de saltos, en cuyo caso cada enlace tendrá asociado

un valor de 1. Con otros criterios más frecuentes, el valor

asociado al enlace es inversamente proporcional a su

capacidad, proporcional a su carga actual o una combinación

de ellos. Este costo puede ser diferente para cada uno de los

dos sentidos. Se define el costo de una ruta entre dos nodos

como la suma de los costos de los enlaces atravesados. Y para

cada par de nodos se busca el camino de mínimo costo.

La mayor parte de los algoritmos de encaminamiento de

mínimo costo son variantes de uno de los dos algoritmos más

conocidos: el Algoritmo de Dijkstra y el Algoritmo de Bellman-

Ford.

El algoritmo de Dijkstra se puede enunciar como sigue:

Encontrar los pasos más cortos desde un nodo origen dado a

todos los otros nodos, por desarrollo de caminos en orden

creciente de longitud de camino.

Procede en etapas:

 en la etapa k se determinan los caminos más

cortos a los k nodos más cercanos al origen

especificado;

 estos nodos se almacenan en el conjunto T;

 en la etapa (k + 1), se añade a la lista T aquel nodo

que presente el camino más corto desde el nodo

125

origen y que no se encuentre ya incluido en dicha

lista.

 A medida que se incorporan nuevos nodos a T, se

define su camino desde el origen.

En las Figuras 4.21 y 4.22 se presenta un ejemplo con

un grafo que describe los nodos de la red y los costos de los

enlaces en ambos sentidos que hay entre los nodos, la matriz

V que tiene cargado el costo de los enlaces entre nodos, y la

secuencia de costo mínimo para la ruta 1-6. Para llegar del

nodo V1 al V6 se deben atravesar 3 enlaces, y el costo o

longitud es de 4.

Fig. 4.21. Grafo que describe los nodos de la red y

los costos de enlaces.

126

Fig. 4.22. Aplicación del algoritmo de Dijkstra

para llegar del nodo V1 al V6.

El algoritmo de Bellman-Ford se puede enunciar así:

encontrar los caminos más cortos desde un nodo origen dado

con la condición de que éstos contengan a lo sumo un enlace;

a continuación encontrar los caminos más cortos con la

condición de que contengan dos enlaces como máximo, y así

sucesivamente.

La Figura 4.23 muestra el resultado de aplicar el

algoritmo de Bellman-Ford sobre el mismo ejemplo anterior.

Se destaca que dichos resultados coinciden con los obtenidos

por el algoritmo de Dijkstra.

127

Fig. 4.23. Ejemplo de aplicación del algoritmo Bellman-Ford.

Es interesante comparar estos dos algoritmos en función

de la información necesaria para su ejecución. En el caso de

Bellman-Ford, para el cálculo del nodo n es necesario el costo

del enlace a todos los nodos vecinos, más el costo del camino

total de cada uno de estos nodos vecinos, desde un nodo de

origen particular s. Entonces, cada nodo puede mantener un

conjunto de costos y caminos asociados para todos los otros

nodos de la red e intercambiar periódicamente esta

información con sus vecinos directos. Cada nodo puede usar

Bellman-Ford basándose sólo en la información dada por sus

vecinos y conociendo sus costos de enlace asociados, para

128

actualizar sus caminos y costos. En el caso de Dijkstra, cada

nodo debe conocer todos los enlaces y los costos asociados a

ellos, es decir, debe conocer la topología completa de la red.

Esa información debe intercambiarse con todos los otros

nodos de la red.

En la evaluación de ventajas relativas de ambos

algoritmos se debe considerar el tiempo de procesamiento y la

cantidad de información del resto de nodos de la red. Ambos

algoritmos convergen a la misma solución bajo condiciones

estables de la topología y los costos de los enlaces. Si los costos

de enlace cambian con el tiempo, el algoritmo intentará

ponerse al corriente de estos cambios. Cuando el costo del

enlace depende del tráfico, que a su vez depende de las

decisiones de encaminamiento, se produce una condición de

realimentación que puede resultar en inestabilidades.

4.3 Ejercitación

Ejercicio n° 1:

Defina que es un protocolo encaminado y explique sus

principales características. De ejemplos.

Ejercicio n° 2:

Defina que es un protocolo de encaminamiento y explique sus

principales características. De ejemplos.

Ejercicio n° 3:

Para las siguientes direcciones IPv4 de hosts y máscaras de

subred encuentre la subred a la que pertenece cada host, la

129

dirección de difusión de cada subred y el rango de direcciones

de hosts para cada subred:

a) 10.14.87.60/19

b) 172.25.0.235/27

c) 172.25.16.37/25

Resolución Ejercicio n° 3:

a. 10.14.87.60/19

Dirección de subred: 10.14.64.0

Rango de direcciones IP disponibles: 10.14.64.1 a

10.14.95.254

Dirección de broadcast: 10.14.95.255

b. 172.25.0.235/27

Dirección de subred: 172.25.0.224

Rango de direcciones IP disponibles: 172.25.0.225 a

172.25.0.254

Dirección de broadcast: 172.25.0.255

c. 172.25.16.37/25

Dirección de subred: 172.25.16.0

Rango de direcciones IP disponibles: 172.25.16.1 a

172.25.16.126

Dirección de broadcast: 172.25.16.127

Ejercicio n° 4:

Se desea configurar una interfaz con la dirección IPv4

192.168.13.175 con una máscara de 255.255.255.240, ¿hay

algún problema?

Resolución Ejercicio n° 4:

Sí, ya que es una dirección de difusión.

130

Ejercicio n° 5:

Indicar a qué tipo de direcciones IPv6 pertenecen las

siguientes direcciones:

2001:db8:fe80:ffff::a:b:c

2a01:48:1:1:2c0:26ff:fe26:4ba

fe80::9ce4:ecde:cf33:a2a2

2002:1bc3:1b::1:2

::1

fd00:a:b:17c2::1

ff0e::1:2:3:4

ff05::a:b:c

Ejercicio n° 6:

De la red de la Figura considere un paquete de 1200 bytes

(incluyendo el encabezado IP de 20 bytes), que se envía de la

estación A a la B

Los valores de MTU de cada red son:

MTU n1: 600 B

MTU n2: 600 B

MTU n3: 400 B

MTU n4: 1500 B

MTU n5: 600 B

MTU n6: 1500 B

MTU n7: 1500 B

R1 realiza balance de carga, enviando alternativamente

paquetes por R2 y R4 (es decir un paquete va por R2 y el

siguiente por R4, el siguiente por R2, y el siguiente por R4,

etc).

131

a. Se pide describir el proceso de fragmentación, y todos

los fragmentos asociados, considerando que cada

fragmento posee el mayor tamaño posible, y que el

primer paquete que pasa por R1 sigue la ruta por R2.

b. ¿Qué efecto puede tener esta característica sobre

protocolos de Capa de transporte como TCP?

Resolución Ejercicio n° 6:

a. Cuando el emisor transmite, el mensaje se fragmenta ya

que el MTU_n1=600B, por lo tanto tendremos:

l = 1200b – 20b = 1180b; donde l=longitud del mensaje

La cantidad máxima de datos por paquetes será:

lmáx = MTU – 20b = 600b – 20b = 580b

Por lo tanto por el enlace n1 se transmitirán:

= 1480b/580b = 3 paquetes (p1, p2 y p3).

Como R1 está usando balanceo, p1 y p3 irán por el enlace

n2 mientras que P2 lo hará por n5

132

El paquete p2 al ser enviado por la ruta R1-R4-R5 no

necesitara ser fragmentado en ningún momento ya que el

menor mtu es igual al tamaño del paquete.

En cambio los paquetes p1 y p3 al seguir la ruta R1-R2-

R3-R5 serán nuevamente fragmentados para ser

transmitidos por n3 (MTU=400B). Al igual que antes:

580b/380b = 2 paquetes

Por último los paquetes serán recibidos y re ensamblados

en el destino B

b. En TCP no habría problemas, ya que al tener identificado

cada paquete, lo reordena en el destino.

En UDP puede haber problemas, ya que los paquetes

pueden llegar en distinto orden respecto al inicio.

4.4 Bibliografía y referencias

4.4.1 Libros impresos

 William Stallings, “Data and Computer

Communications”, Pearson Education, 10° Ed., 2014.

 William Stallings y Thomas Case, “Business Data

Communications”, Pearson Education, 7° Ed., 2013.

 William Stallings, “Data and Computer

Communications”, Pearson Education, 8° Ed., 2009.

 CCNA de CISCO Press.

 William Stallings, “Wireless Communications &

Networks”, Prentice Hall, 2° Ed., 2005.

 Michael Daoud Yacoub “Wireless Technology: Protocols,

Standards, and Techniques”, CRC Press, 2002.

133

 William Stallings, “Local and Metropolitan Area

Networks”, Prentice Hall, 6° Ed., 2000.

 Uyless Black, “Tecnologías Emergentes para Redes de

Computadoras”, Ed. Prentice-Hall, 1999.

 D. Comer, “Redes Globales de Información con Internet

y TCP/IP”, Ed. Prentice-Hall, 3° Ed., , 2000.

 Request for Comments referidos a la temática.

 Artículos de revistas (IEEE, ACM, etc.) referidos a la

temática.

4.4.2 Enlaces y Referencias

 Artículos técnicos de Cisco sobre encaminamiento

https://supportforums.cisco.com/community/netpro/

network-infrastructure/routing

https://supportforums.cisco.com/community/netpro/

small-business/routers

 Normas de RIP

http://tools.ietf.org/html/rfc2453

http://www.ietf.org/rfc/rfc1058

 Normas de OSPF

http://www.ietf.org/rfc/rfc2328.txt

http://www.ietf.org/rfc/rfc5340.txt

 Normas de BGP

http://tools.ietf.org/html/rfc4274

http://www6.ietf.org/rfc/rfc4271

 Sistemas autónomos de Argentina

http://bgp.he.net/country/AR

 Definición y actualización de sistemas autónomos

http://www.nro.net/technical-coordination/asn

134

135

136

CAPÍTULO 5

Protocolos de Encaminamiento

RIP, OSPF y BGP

5.1 Protocolo RIP

5.1.1 Conceptos fundamentales en RIP

5.1.2 Evolución

5.2 Protocolo OSPF

5.2.1 Conceptos fundamentales en OSPF

5.2.2 Paquetes

5.2.3 Tipos de encaminadores en OSPF

5.2.4 Concepto de Área OSPF

5.3 Protocolo BGP

5.3.1 Introducción

5.3.2 Conceptos fundamentales en BGP

5.3.3 Operación

5.3.4 Mensajes

5.3.5 Estados

5.3.6 Atributos

5.4 Ejercitación

5.5 Bibliografía y Referencias

5.5.1 Libros impresos

5.5.2 Enlaces y Referencias

137

Capítulo 5

Protocolos de Encaminamiento RIP,

OSPF y BGP

5.1 Protocolo RIP

5.1.1 Conceptos fundamentales en RIP

RIP es un protocolo de encaminamiento interior del tipo

vector distancia. En los protocolos vector distancia, cada nodo

intercambia información con los encaminadores vecinos, que

son los que están directamente conectados por la misma red.

En general, éstos mantienen tres vectores conocidos como: de

costo de enlace, de distancia y de próximo salto. Cada 30

segundos, se intercambia el vector distancia con los

encaminadores vecinos. Con estos datos se actualizan la

distancia y el vector del próximo salto.

RIP es una versión distribuida del algoritmo de Bellman-

Ford. Cada intercambio simultáneo de vectores entre

encaminadores es equivalente a una iteración del paso 2 de

dicho algoritmo. En el arranque, se obtienen los vectores de

los vecinos, lo que permite definir un encaminamiento inicial.

A través de un temporizador, se producen las actualizaciones

cada 30 segundos. Estos cambios se propagan a través de la

red, y el encaminamiento converge en un tiempo finito a un

estado estable, que es proporcional al número de

encaminadores.

138

El algoritmo original supone que todas las

actualizaciones de los vecinos llegan en un corto lapso de

tiempo, y con toda esta información, el encaminador que corre

RIP actualiza su tabla. Esto no es del todo práctico, y en su

lugar se usa actualización incremental. Cuando llega dicha

actualización, se modifica la tabla. Las tablas se actualizan

después de recibir cualquier vector distancia individual, y

entonces agrega cualquier nueva red destino, reemplaza rutas

existentes con pequeños retardos, y si la actualización viene

del encaminador R, actualiza todas las rutas usando R como

próximo salto. Los paquetes RIP son transportados sobre el

protocolo de transporte UDP.

Si no hay actualizaciones recibidas desde un

encaminador dentro de los 180 segundos, se marca la ruta

como inválida. El encaminador espera actualizaciones cada 30

segundos; si transcurren 180 segundos sin novedad supone

que el dispositivo falló o que la conexión de red se volvió

inestable. Y por lo tanto, hubo un cambio en la topología. El

marcado de la ruta como inválida se efectúa asignando a la

misma el valor distancia infinito. En realidad se coloca el valor

codificado 16 que simboliza lo mismo, ya que es la máxima

distancia permitida.

Uno de los problemas en RIP es la denominada cuenta

al infinito, asociada a su convergencia lenta. El ejemplo de la

Figura 5.1 ilustra la situación.

139

Tenemos un sistema autónomo con 5 redes, desde Red

1 a Red 5, vinculadas con 4 encaminadores, desde el

encaminador A al encaminador D. Se asume que todos los

costos de enlace valen 1. El encaminador B tiene una distancia

2 a la Red 5, con el siguiente salto en el encaminador D. Los

encaminadores A y C tienen distancia 3 a la Red 5 y próximo

salto a través de B. Si el encaminador D falla, B determina

que no puede llegar a la Red 5 por esa vía, y entonces cambia

la distancia a 4 para la Red 5 basado en el reporte de los

encaminadores A o C. En la próxima actualización, el

encaminador B le informa a los encaminadores A y C sobre

esta modificación. Luego, en éstos, la distancia a la Red 5 toma

el valor 5. El valor 5 se obtiene del valor de distancia 4 que les

dice el encaminador B más 1 para que ellos puedan acceder al

encaminador B. En esa situación, el encaminador B recibe el

conteo de distancia 5 a la Red 5, y asume que dicha red está

a 6 de él, dado que para llegar debe hacerlo a través de A o C.

140

Fig. 5.1. Ejemplo que ilustra el problema de RIP sobre la cuenta al

infinito.

El proceso se repite hasta alcanzar el valor infinito o 16;

esto puede insumir 8 a 16 minutos.

El problema de la cuenta al infinito aparece por un

malentendido entre los encaminadores A y B, y entre los

encaminadores B y C. Cada uno piensa que puede alcanzar la

Red 5 vía el otro. Como posible solución se utiliza la regla del

Horizonte Dividido que dice que no se debe enviar información

sobre una ruta en el sentido de donde proviene. De esta forma,

el encaminador que envía la información es el que está más

cerca del destino, y ahora se elimina una ruta errónea dentro

de los 180 segundos.

141

Una solución aún más rápida es aplicar el concepto de

Ruta Envenenada o Envenenamiento Inverso. Con este

recurso se envían actualizaciones, con una cuenta de saltos

de 16, a los vecinos para rutas aprendidas desde esos vecinos.

Si dos encaminadores tienen rutas apuntándose mutuamente

entre sí, el aviso de rutas inversas con métrica 16 rompe el

lazo inmediatamente.

Evidentemente los tiempos juegan un rol importante en

el funcionamiento del protocolo. Por ese motivo, se asocia un

temporizador con cada entrada de la tabla de

encaminamiento. Si no se actualiza la entrada al cabo del

tiempo asignado al temporizador, se la marca con infinito.

Normalmente se configura el temporizador con un

tiempo equivalente a 6 veces el intervalo de transmisión. Un

cambio en la tabla provoca la publicación del mismo. La

publicación de las tablas se realiza normalmente cada 30

segundos. Si se recibe un incremento en alguna ruta, su

métrica se pasa inicialmente a infinito. Pero se adopta si luego

se confirma el incremento.

5.1.2 Evolución de RIP

El origen de RIP se remonta a los primeros

encaminamientos realizados por distancia vectorial en la red

ARPANET en los años 60. Luego, hay otros antecedentes

importantes con un desarrollo para BSD Unix. En 1988, a

través de la RFC 058 se estandariza la versión 1 de RIP, y luego

evoluciona con mejoras sucesivas, en los años 1993 y 1998, a

142

la versión 2, a través de los estándares fijados en las RFC 1388

y 2453.

En la Figura 5.2 se presenta el formato estandarizado de

un paquete RIP. Los campos más importantes son el tipo de

comando, la versión, la dirección de red y la métrica para dicha

dirección.

RIP versión 1 presenta una serie de limitaciones: los

destinos con una métrica mayor que 15 son inalcanzables. De

cualquier forma, si se permitiera una métrica mayor, la

convergencia se volvería muy lenta.

Una métrica tan simple origina tablas de

encaminamiento sub-optimizadas. Los paquetes podrían

enviarse sobre los enlaces más lentos.

Otro problema es que se aceptan actualizaciones RIP de

cualquier dispositivo. Si éste está mal configurado, puede

originar el mal funcionamiento de toda la red.

143

Fig. 5.2. Formato estandarizado de un paquete RIP.

Además, otras limitaciones de RIP versión 1 son las

siguientes: no envía información de máscara de subred en sus

actualizaciones, envía actualizaciones a los otros

encaminadores como paquetes de difusión a

255.255.255.255, y no soporta autenticación ni VLSM y CIDR.

Las limitaciones fueron resueltas por RIP versión 2 que

mejora los siguientes aspectos: envía información de máscara

de subred en sus actualizaciones, por lo que soporta VLSM y

CIDR; envía actualizaciones como multidifusión a la dirección

224.0.0.9, lo que reduce procesamiento a los hosts que no

144

corren RIP; soporta autenticación en texto plano y encriptado,

y usa etiquetas de rutas externas, lo que permite identificar

rutas aprendidas por RIP o de otro protocolo.

5.2 Protocolo OSPF

5.2.1 Conceptos fundamentales en OSPF

La otra alternativa que analizaremos como protocolo IRP

es OSPF. Ya hemos visto que RIP es limitado para funcionar

en grandes redes, mientras que se prefiere OSPF como IRP

para interredes basadas en TCP/IP. Usa enrutamiento de

estado de enlace, soporta Classless (VLSM y CIDR), introduce

el concepto de áreas para obtener escalabilidad, y tiene como

métrica un valor arbitrario llamado costo según la RFC 2328.

El IETF OSPF Working Group comenzó a desarrollarlo

en 1987, y en 1989 se publicó su primera versión en la RFC

1131. Posteriormente, en 1991, se introdujo la segunda

versión en la RFC 1247. IETF eligió OSPF como IRP

recomendado. Y en 1998 se actualizó la segunda versión con

la RFC 2328.

Cuando se inicializa, el encaminador determina el costo

de enlace en cada interfaz, y anuncia estos costos a los otros

encaminadores en la topología. Luego, el encaminador

monitorea sus costos de enlace, y si hay cambios, los nuevos

costos se re-anuncian. Con la información que recibe cada

encaminador, construye su topología y calcula el camino más

corto a cada red destino.

145

OSPF no necesita una versión distribuida del algoritmo

de encaminamiento, ya que el encaminador tiene la topología

completa de la red. Para su funcionamiento se puede utilizar

cualquier algoritmo, aunque en la práctica se usa Dijkstra,

también llamado SPF (Primero el Paso más Corto).

Una forma sencilla de iniciar el algoritmo es por

inundación. En este caso se envían paquetes del encaminador

origen a cada vecino. Los paquetes entrantes se reenvían a

todos los enlaces salientes excepto al enlace origen. Los

paquetes duplicados ya transmitidos se descartan,

previniendo la retransmisión permanente, como se observa en

la Figura 5.3.

Con esta técnica se examinan todas las rutas posibles

entre origen y destino, de modo que un paquete siempre llega

a destino. La técnica de inundación es altamente robusta. De

esta forma, al menos un paquete sigue la ruta de menor

retardo, la información inundada llega muy pronto a todos los

encaminadores, y se recorren todos los nodos que están

directa o indirectamente conectados a un nodo origen. Todos

los encaminadores obtienen la información necesaria para

construir su tabla de encaminamiento. La principal desventaja

es la carga elevada de tráfico.

146

Fig. 5.3. Algoritmo de inundación.

Con OSPF, cada encaminador mantiene descripciones

del estado de sus enlaces locales, y transmite actualizaciones

de su información de estado a todos los encaminadores que

conoce. Los encaminadores que reciben las actualizaciones de

otros encaminadores deben confirmarlas. De esta forma, se

genera un tráfico moderado dentro de la red. Cada

encaminador mantiene su base de datos que refleja la

topología de la red, que puede representarse como un grafo

dirigido. La Figura 5.4 muestra un ejemplo de un grafo que

representa la topología de la red a partir de la base de datos

del encaminador. En este gráfico los vértices serían los

encaminadores R o las redes N, sean de tránsito o Stub. Las

aristas conectan dos encaminadores o un encaminador con

una red.

El costo de salto en cada dirección se llama métrica de

encaminamiento. OSPF provee un esquema de métricas

flexibles basadas en el tipo de servicio (TOS) (que se encuentra

147

en la cabecera de IPv4). El servicio normal tiene TOS 0, y es el

valor predeterminado si no se aclara lo contrario. Para

minimizar el costo monetario se usa TOS 2, para maximizar la

fiabilidad TOS 4, para maximizar el rendimiento real TOS 8, y

para minimizar retardos TOS 15. Cada encaminador puede

generar 5 árboles spanning-trees y 5 tablas de

encaminamiento correspondientes.

Fig. 5.4. Ejemplo de un grafo dirigido

que muestra la topología de la red.

148

5.2.2 Paquetes OSPF

En el ruteo OSPF se usan paquetes denominados LSU

(actualizaciones de estado de enlace), y 11 tipos diferentes de

LSAs (avisos de estado de enlace). Los paquetes LSU y LSA se

usan indistintamente. OSFP usa el algoritmo de Dijkstra como

se indica en la Figura 5.5.

Fig. 5.5. Uso del Algoritmo de Dijkstra de OSFP.

El paquete OSPF tiene una cabecera de 24 bytes. Los

campos, presentados en la Figura 5.6, se utilizan para indicar

el número de versión, uno de los tipos posibles de paquetes, la

longitud del paquete en bytes incluyendo la cabecera, una

identificación de encaminador origen, una identificación del

149

área a la cual pertenece el encaminador origen, una campo de

verificación de error, y el tipo y datos para la autenticación.

Fig. 5.6. Formato estandarizado de un paquete OSPF.

Los paquetes en OSPF pueden clasificarse en:

 Hello: usado en la búsqueda de los vecinos,

 Database description (DBD): define la información del

conjunto de estado de enlace, y que está presente en la

base de datos de cada encaminador,

 Link state request (LSR): para la petición total o parcial

del estado de enlace a un vecino,

 Link state update (LSU): para las actualizaciones de

estado de enlace a los vecinos,

 Link state acknowledgement (LSA): para confirmar la

llegada de una actualización fiable.

En la Figura 5.7 se presenta el encapsulamiento de un

paquete OSPF dentro de un paquete IP, que a su vez se

150

encuentra encapsulado dentro de una trama. En la cabecera

IP se observa el valor 89 de OSPF en el campo de protocolo, la

dirección destino que es típicamente una dirección

multidifusión 224.0.0.5 o 224.0.0.6. En la cabecera de Capa 2

también se usan direcciones multidifusión 01-00-5E-00-00-

05 o 01-00-5E-00-00-06.

Fig. 5.7. Encapsulamiento de un paquete OSPF.

Y en la Figura 5.8 se observa el interior de un paquete

OSPF del tipo Hello. Su utiliza para descubrir vecinos OSPF,

estableciendo adyacencias con intercambio de parámetros,

como por ejemplo: Intervalo Hello, Intervalo Muerto, Tipo de

red, etc. Además, se lo utiliza para elegir encaminadores

especiales llamados Encaminador Designado (DR) y

Encaminador Designado Backup (BDR) en redes multiacceso

del tipo Ethernet y Frame Relay.

151

Antes que un encaminador OSPF inunde sus estados de

enlace, debe descubrir o establecer sus vecinos. Luego de que

han sido descubiertos los encaminadores vecinos, debe formar

adyacencia con tres parámetros: el Intervalo Hello de 10 a 30

segundos, el Intervalo Muerto para espera de un Hello antes

de dar de baja al vecino, el tipo de red punto a punto o

multiacceso, etc. Ambas interfaces de los vecinos deben ser

parte de la misma red, incluyendo la misma máscara de

subred.

Fig. 5.8. Interior de un paquete OSPF del tipo Hello.

152

5.2.3 Tipos de Encaminadores en OSPF

A esta altura es necesario definir o clasificar los tipos de

redes en cuanto a su acceso. Definimos una red multiacceso

como aquella red con más de dos dispositivos en el mismo

medio compartido, como por ejemplo las redes Ethernet,

Token Ring y Frame Relay. Y una red punto a punto como una

red con sólo dos dispositivos.

OSPF define 5 tipos de redes: Punto a Punto,

Multiacceso de Difusión, Multiacceso sin Difusión, Punto a

Multipunto y Enlaces Virtuales. Las redes multiaccesso

pueden originar dos dificultades para OSPF debido a la

inundación de LSAs. Por un lado, la creación de adyacencias

múltiples, con una adyacencia por cada par de

encaminadores, y una inundación numerosa de LSAs. La

creación de una adyacencia entre cada par de encaminadores

en una red originaría un número innecesario de adyacencias.

Esto daría como resultado un número excesivo de LSAs

circulando entre encaminadores sobre la misma red. El

número de adyacencias crecería exponencialmente.

Los encaminadores de estado de enlace inundan sus

paquetes de estado de enlace cuando OSPF se inicializa o

cuando hay un cambio en la topología. En una red

multiacceso, como en la Figura 5.9, esta inundación puede

convertirse en excesiva. La solución para administrar el

número de adyacencias y la inundación de LSAs sobre una red

multiacceso es el uso de un Encaminador Designado (DR). En

las redes multiaceso, OSPF elige un encaminador designado

para la colección y distribución de LSAs enviados y recibidos.

153

También se elige un encaminador designado backup (BDR)

para el caso en que el DR falle. A los demás encaminadores

se les llama Otros DR. Éstos sólo forman adyacencia con DR

y BDR, y envían sus LSAs al DR y BDR usando las direcciones

multifidifusión 224.0.0.6.

Fig. 5.9. Inundación de paquetes OSFP en una red multiacceso.

5.2.4 Concepto de Área OSPF

Cuando los sistemas autónomos son grandes por sí

mismos y nada sencillos de administrar, OSPF permite

dividirlos en áreas numeradas, donde un área es una red o un

conjunto de redes inmediatas, como se observa en la Figura

5.10.

154

Un área es una generalización de una subred. Fuera de

un área, su topología y detalle no son visibles. OSPF distingue

el Área Troncal, también denominada Área 0 (Cero), que forma

el núcleo de una red OSPF. Es la única área que debe estar

presente en cualquier red OSPF, y mantiene conexión, física o

lógica, con todas las demás áreas en que esté particionada la

red.

Fig. 5.10. División de un sistema autónomo en áreas.

Con el concepto de área se logra que cada una de ellas

corra una copia separada del algoritmo de estado de enlace.

De esta forma, cada área administra su base de datos

topológica y su grafo; y la información de estado de enlace se

difunde sólo a los encaminadores de esa área. Además, se

reduce el tráfico de datos, dado que si el origen y destino de

un paquete IP están en la misma área, sólo se necesita

155

encaminamiento intra-área, y la información de

encaminamiento depende solo del estado de enlace de esa área

El encaminamiento inter-área establece un camino

formado por tres pasos: 1) uno dentro del área origen del tipo

intra-área; 2) otro a través del troncal que tiene propiedades

de un área y usa el algoritmo de encaminamiento de estado

de enlace para ruteo inter-área; 3) y finalmente, dentro del

área destino que también es del tipo intra-área. En un nivel

superior, OSPF ve el conjunto de redes como una estrella,

donde la raíz es el troncal y cada área está unida a éste.

Un encaminador OSPF interno es capaz de encaminar

cualquier paquete destinado a cualquier punto del área en el

que se encuentra (encaminamiento intra-área). Para el

encaminamiento entre distintas áreas del AS (encaminamiento

inter-área) y desde el AS hacia el exterior (encaminamiento

exterior), OSPF utiliza encaminadores especiales que

mantienen una información topológica más completa que la

del área en la que se sitúan. Así, pueden distinguirse: los

encaminadores ABR (Area Border Router – Encaminadores de

Borde de Área), que mantienen la información topológica de su

área y conectan ésta con el resto de las áreas, permitiendo

encaminar paquetes a cualquier punto de la red. Y los

encaminadores ASBRs (Autonomous System Border Router –

Encaminadores de Borde de Sistema Autónomo), que permiten

encaminar paquetes fuera del sistema autónomo en que se

alojan, es decir, a otras redes conectadas al Sistema Autónomo

o al resto de Internet. La Figura 5.11 presenta un ejemplo de

aplicación.

156

Fig. 5.11. Aplicación con los diferentes tipos

de encaminadores OSPF.

5.3 Protocolo BGP

5.3.1 Introducción

Internet es un conjunto descentralizado de redes de

comunicación interconectadas que emplea la familia de

protocolos TCP/IP para garantizar que las redes físicas que la

componen funcionen como una red lógica única, accesible

desde cualquier parte del mundo. Para conseguir esto,

Internet emplea los llamados ISPs (Internet Service Providers).

Estos ISPs se estructuran atendiendo a una jerarquía

basada en tres grandes niveles: ISPs de nivel 1 (Troncal), ISPs

de nivel 2 (Regionales y Nacionales) e ISPs locales. La Figura

157

5.12 presenta un esquema que aproxima la estructura de los

ISPs.

Fig. 5.12. Esquema aproximado de la organización de los ISPs.

Los ISPs de nivel 1 se encuentran en el extremo más alto

de la jerarquía y a nivel mundial son relativamente pocos. Su

funcionamiento es el mismo que el de cualquier red; tiene

enlaces y encaminadores, pero éstos deben soportar una

cantidad de datos de transmisión muy elevada al mismo

tiempo. Los ISPs de nivel 1 están conectados entre sí y su

158

cobertura es internacional. Son la columna vertebral de

Internet.

Los ISPs de nivel 2 funcionan por debajo del troncal y

están necesariamente conectados a éste. Abarcan territorios

regionales y nacionales, y están también interconectados entre

sí, para evitar una sobrecarga de los ISPs de nivel 1.

Finalmente, los ISPs de nivel local son nuestro primer acceso

a Internet, por ejemplo, desde nuestra casa. Se encuentran en

el punto más bajo de la jerarquía y son los más abundantes.

Generalmente, no están conectados entre sí.

Un Sistema Autónomo (AS), como ya vimos en las

secciones precedentes, se define como un grupo de redes IP

que poseen una política de rutas propia e independiente, que

hace su particular gestión del tráfico, el cual fluye entre él y

los restantes Sistemas Autónomos que forman Internet.

Originalmente se asignaba un número de Sistema Autónomo

de 16 bits que identificaba de manera única a sus redes dentro

de Internet. En la Figura 5.13 se observa un ejemplo.

159

Fig. 5.13. Ejemplo de la conexión de distintos

Sistemas Autónomos.

Puede plantearse que la propagación de las rutas de

Internet se realiza usando una jerarquía de protocolos de

encaminamiento de 2 niveles: un protocolo de

encaminamiento interior (IRP) que selecciona cada sistema

autónomo, y un protocolo de encaminamiento exterior (ERP)

que se usa entre sistemas autónomos de Internet. La

información de las rutas se propaga en varios niveles: los hosts

conocen el encaminador local, los encaminadores locales

conocen los encaminadores regionales, los encaminadores

regionales conocen los encaminadores de núcleo y los

encaminadores de núcleo conocen “todo”.

Entonces, podemos presentar una nueva definición de

sistema autónomo planteada desde el encaminamiento. Un

sistema autónomo es un dominio de enrutamiento autónomo

al que se le ha asignado un Número de Sistema Autónomo

(ASN).

Un sistema autónomo está definido con precisión en la

RFC 1771, indicando que es: un conjunto de encaminadores

bajo una única administración técnica, que usa un IRP y

métricas para encaminar los paquetes dentro del sistema

autónomo, y un ERP para encaminar los paquetes a otros

sistemas autónomos.

El número de AS original tenía un campo de 16 bits. Más

recientemente se han implementado los ASNs de 32 bits que

proveen 232 o 4.294.967296 números de ASs. Estos números

incluyen todos los ASNs de 16 bits, desde el 0 al 65535. Esto

160

ayuda en la interoperabilidad de los ASs que usan ASNs de 32

bits con los que usan ASNs de 16 bits.

Y como sucede con las direcciones IP públicas, se

obtiene un ASN público de su ISP o directamente del RIR

(Regional Internet Register – Registro Regional de Internet)

correspondiente. Y como con las direcciones IP privadas, los

ASNs privados no se publican en Internet.

Los RIRs son organizaciones que supervisan la

asignación y el registro de recursos de números de Internet

dentro de una región particular del mundo. Los recursos

incluyen direcciones IP (tanto IPv4 como IPv6) y números de

sistemas autónomos para su uso en encaminamiento BGP.

Hay actualmente 5 RIRs en funcionamiento: el American

Registry for Internet Numbers (ARIN) para América

Anglosajona; el RIPE Network Coordination Centre (RIPE NCC)

para Europa, el Oriente Medio y Asia Central; el Asia-Pacific

Network Information Centre (APNIC) para Asia y la Región

Pacífica; el Latin American and Caribbean Internet Address

Registry (LACNIC) para América Latina y el Caribe; y el African

Network Information Centre (AfriNIC) para África, tal como se

presenta en la Figura 5.14.

161

Fig. 5.14. Distribución de los Registros Regionales

de Internet RIR.

La función de los RIRs es el manejo neutral y efectivo de

las direcciones y números de Internet para asegurar la

distribución justa e igualitaria, así como para prevenir el

acaparamiento. A su vez los RIRs siguen sus políticas

regionales para una posterior subdelegación de recursos a los

ISPs y otras organizaciones. Colectivamente, los RIRs

participan en la NRO (Number Resource Organization –

Organización de Números de Recursos) formada como una

entidad para representar sus intereses colectivos, llevar a cabo

actividades conjuntas y coordinar las actividades de los RIRs

globalmente. En las Figuras 5.15 y 5.16 se muestran las

asignaciones de los números de AS de 16 bits por parte de los

RIRs a sus clientes a junio de 2015, y en el rango de años 1999

a 2015.

162

Fig. 5.15. Distribución de asignación de números de AS

de 16 bits (junio de 2015).

Fig. 5.16. Distribución de asignación de números de AS

de 16 bits 1999-2015.

En las Figuras 5.17 y 5.18 se muestran las asignaciones

de los números de AS de 32 bits por parte de los RIRs a sus

clientes a junio de 2015, y en el rango de años 1999 a 2015.

163

Fig. 5.17. Distribución de asignación de números de AS

de 32 bits (junio de 2015).

Fig. 5.18. Distribución de asignación de números de AS

de 32 bits (1999-2015).

164

Los sistemas autónomos se pueden clasificar por el

número de conexiones a ISPs en:

 Single-homed AS: cuando existe una sola salida al ISP.

En este caso no se requiere un ERP, aunque puede ser

deseable. El sistema autónomo tendrá una ruta

predeterminada al ISP, mientras que éste configurará

rutas estáticas a las redes internas de aquél.

 Multi-homed AS: cuando tiene múltiples salidas a ISP(s).

A su vez, se pueden clasificar en Non-transit ASs cuando

no permiten tráfico de la conexión de un ISP a la

conexión de otro ISP, que es usado habitualmente para

un AS corporativo. Y en Transit ASs cuando permite que

el tráfico sea encaminado desde un AS externo, a través

del AS local, a otro AS. Los ISPs son ASs multi-homed

transit. El encaminamiento del tráfico de tránsito lo

hacen encaminadores configurados como

encaminadores IBGP (BGP interno), también llamados

encaminadores de tránsito.

5.3.2 Conceptos fundamentales en BGP

EGP fue el protocolo de ruteo estándar original de

Internet a comienzo de los ’80. Se lo diseñó para Internet con

una estructura árbol y con un simple troncal. Su objetivo era

la posibilidad de acceso, no la búsqueda de rutas óptimas. Los

mensajes de protocolo básicos eran:

 Adquisición vecino (neighbor acquisition): cuando un

encaminador intercambia información de posibilidad de

acceso con su par,

165

 Accesibilidad vecino (neighbor reachability): un

encaminador verifica periódicamente si el otro

encaminador es todavía su vecino mediante el

intercambio de mensajes Hello/Ack,

 Actualización de encaminamiento (routing update): los

pares intercambian periódicamente sus tablas de

encaminamiento usando un método básico de vector

distancia

EGP presentó rápidamente algunos problemas

operativos. EGP es un protocolo vector distancia básico, donde

las actualizaciones envían listas de destinos y distancias, pero

las distancias no son confiables. Como se indicó previamente,

EGP fue diseñado para topologías tipo árbol, no mallas. Las

falsas rutas inyectadas a la red por error ocasionan graves

problemas. Además, en ese contexto los lazos son difíciles de

evitar. EGP no fue diseñado para transportar paquetes IP

fragmentados – todos los datos están en la MTU. Las

soluciones a estos problemas fueron parciales y no alcanzaron

los resultados esperados, hasta la aparición de BGP.

El protocolo BGP (Border Gateway Protocol – Protocolo

de Puerta de Enlace de Borde) es un protocolo de

encaminamiento basado en política, del tipo vector-paso. Es el

EGP de facto para Internet. Reconocido como un protocolo

relativamente simple, pero también de configuración compleja,

que requiere conocimiento especializado. Los errores de

configuración repercuten en todo Internet. Se trata de un

protocolo altamente escalable, de encaminamiento entre

dominios, usado por las redes corporativas que se conectan a

166

sus ISPs, y también por los ISPs para conectarse con otros

ISPs. Se puede usar también dentro de un AS como IRP.

Debido a su importancia, el protocolo BGP requirió

sucesivos ajustes después que se publicara el estándar

original. Sus desarrolladores tuvieron no sólo que corregir

problemas, sino además, efectuar ajustes debido a otros

cambios introducidos en el conjunto de protocolos TCP/IP,

como la invención del direccionamiento classless.

Como una secuencia, BGP ha evolucionado a través de

algunas versiones. Con la RFC 1105, en 1989, se introdujo la

definición inicial del protocolo BGP, conocida como BGP-1. En

1990, a través de la RFC 1163 se estandarizó BGP-2,

efectuando algunos ajustes sobre el significado y uso de

algunos de los tipos de mensajes, y la introducción del

concepto de paso. Luego, en 1991, se presentó BGP-3 a través

de la RFC 1267, cuya versión optimizó y simplificó el

intercambio de información de encaminamiento. En 1994, con

la RFC 1654 se introdujo la versión conocida como BGP-4. La

misma fue ratificada y mejorada con la RFC 1771 del año

1995. Se trata del estándar corriente, que introdujo como

ajuste principal el soporte para CIDR. Luego, se efectuaron

otros ajustes como los dados en la RFC 1772.

La Figura 5.19 muestra un ejemplo del uso de BGP.

Como sabemos los IRPs operan dentro de un sistema

autónomo, mientras que BGP se usa entre sistemas

autónomos. De esta forma se garantiza una información de

encaminamiento libre de bucles. No se muestran detalles de

las topologías dentro de cada sistema autónomo.

167

Fig. 5.19. Ejemplo de uso de BGP.

5.3.3 Operación BGP

Mientras que los IRPs anuncian las redes y describen las

métricas para alcanzar esas redes, BGP anuncia pasos y las

redes que son alcanzables al final del paso. Para ello, BGP usa

una lista de números de sistemas autónomos, a través de los

cuales debe pasar un paquete para llegar a su destino, y

describe el paso usando atributos, que son similares a las

métricas. Además, BGP permite que los administradores

definan políticas o reglas sobre cómo deben transmitirse los

datos a través de los ASs.

Para garantizar una elección de camino libre de lazos,

BGP construye un grafo de sistemas autónomos basado en la

información intercambiada entre vecinos BGP. BGP ve toda

la red como un grafo o árbol de sistemas autónomos.

168

La conexión entre dos sistemas autónomos cualesquiera

forma un camino. En este contexto, se define como camino o

paso (path) de sistema autónomo a la colección de información

de caminos expresada como una secuencia de números de AS.

Esta secuencia forma una ruta a cada destino específico.

La lista de números de sistemas autónomos asociados

con una ruta BGP es uno de los atributos asociados con esa

ruta. Se elige el camino inter-sistema autónomo más corto,

que está simplemente determinado por la menor cantidad de

números de sistemas autónomos. En la Figura 5.20, el sistema

autónomo 7 usará el camino más corto (4,2,1) para

comunicarse con el sistema autónomo 1.

Fig. 5.20. Comunicación entre el sistema autónomo 7 y el 1.

Los lazos de encaminamiento son fácilmente detectados

cuando un encaminador recibe una actualización que contiene

su propio número de sistema autónomo local en el atributo

169

AS_PATH. Cuando ocurre esto, el encaminador no debe

aceptar la actualización, evitando así el lazo posible.

En su funcionamiento básico BGP usa una conexión

TCP para establecer las relaciones de vecinos con otros

encaminadores BGP y transmitir todo el tráfico BGP. Dado que

se requiere TCP, la única pila de protocolo permitida en

Internet es TCP/IP. El tráfico de otras pilas (por ejemplo

IPX/SPX) deberían traducirse en tráfico TCP/IP en el

encaminador de borde antes de propagarse en Internet. Para

establecer la conexión BGP usa el puerto TCP 179. La Figura

5.21 muestra cómo se vería una trama que contiene un

paquete BGP.

Fig. 5.21. Trama conteniendo un paquete BGP.

Cuando dos encaminadores establecen una conexión

BGP habilitada por TCP, se llaman vecinos o pares (neighbors

o peers). Cada encaminador que corre BGP es un participante

o locutor BGP (BGP speaker). Los encaminadores vecinos

intercambian múltiples mensajes para abrir y confirmar los

parámetros de conexión, como por ejemplo la versión de BGP.

170

Si no hay correspondencia entre los vecinos, se notifican los

errores y la conexión falla.

Cuando los vecinos BGP confirman la conexión,

intercambian todas las rutas BGP candidatas. Después de ese

intercambio inicial, las actualizaciones parciales (o

incrementales) se envían cuando se producen cambios en la

red. Las actualizaciones parciales son más eficientes que las

tablas completas. Este es un tema muy importante en los

encaminadores EBGP (BGP externo), los cuales pueden

contener tablas de encaminamiento muy grandes (más de

300.000 rutas en internet).

Los clientes, en general, no necesitan BGP. El

encaminamiento estático es lo que más frecuentemente se usa

para comunicar un cliente con su proveedor de Internet. Sin

embargo, hay una diversidad de situaciones que se pueden

plantear en casos muchos más generales.

En la Figura 5.22 se presentan cuatro ejemplos

distintos:

 Caso A: se presenta un sistema autónomo single-homed,

donde normalmente no necesita BGP dado que se usa

una ruta predeterminada.

 Caso B: aún si un sistema autónomo tiene pasos

redundantes a su ISP, no necesariamente se requiere

BGP. Aunque se puede usar para implementar políticas

de encaminamiento externo.

 Caso C: aún si un sistema autónomo tiene pasos

redundantes a su ISP, pero diferentes POPs (puntos de

171

acceso), no se requiere necesariamente BGP, aunque se

lo puede usar para implementar políticas de ruteo

externo.

 Caso D: Un sistema autónomo con múltiples ISPs

requiere BGP. La precaución es que el sistema

autónomo no sea de tránsito.

Los sistemas autónomos single-homed tienen un enlace

con un ISP, con sólo un punto de salida a redes externas. En

estos casos, a las redes se las llama redes stubs. Normalmente

usan una ruta predeterminada para manejar todo el tráfico

destinado a las redes no locales. Por lo tanto, BGP no es

necesario.

172

Fig. 5.22. Cuatro ejemplos de posibles configuraciones con BGP.

En el caso de sistemas single-home que usan BGP, las

políticas de encaminamiento del cliente son una extensión de

las políticas del proveedor. No se asignan oficialmente

números de sistema autónomo, como es el caso de las IP

privadas. Los números de sistemas autónomos del conjunto

173

privado están en el rango de 64.512 a 65.535. El proveedor no

publicará estos números hacia el núcleo de Internet.

Otra situación se plantea con la configuración de un

sistema autónomo dual-homed, donde existen dos o más

enlaces por ISP, y un ISP. Se plantean las mismas opciones

que single-homed. Normalmente se prefiere una conexión

sobre otra que actúa de resguardo (backup). Usa ambos

caminos; cada uno actúa como un respaldo del otro.

Un caso más interesante se presenta cuando se tiene la

configuración de sistema autónomo single multi-homed, con

un enlace por ISP y dos o más ISPs. Este sería el caso

típicamente recomendado para correr BGP. Se presentan

algunas opciones:

 ISP1 e ISP2: con rutas full Internet,

 ISP1: con rutas full Internet e ISP2: con actualizaciones

parciales (seleccionadas),

 ISP1: con ruta predeterminada e ISP2: actualizaciones

parciales (seleccionadas)

Debe tenerse en cuenta que aunque sean deseables

rutas full Internet single multi-homed, las mismas pueden

generar grandes tablas de ruteo. Unas 100.000 rutas

requieren alrededor de 70 MB de RAM para la tabla BGP. Las

tablas de encaminamiento full internet tienen fácilmente más

de 300.000 rutas.

174

También se puede plantear el caso dual multi-homed,

donde existen dos o más enlaces por ISP, y dos o más ISPs. Se

trata de similares opciones que el caso single multi-homed.

Los sistemas autónomos pueden ser normalmente

mutihomed no transit. Como se ha indicado previamente, un

sistema multihomed tiene más de un punto de salida a redes

externas. En esta situación, el sistema autónomo puede ser de

tránsito o no-tránsito.

Se llama tráfico de transito al que tiene un origen y

destino fuera del AS. Un sistema autónomo es de tránsito

cuando permite tráfico de tránsito, y es de no tránsito cuando

no lo permite. El sistema advierte solamente sus propias rutas

a ambos proveedores, pero no anuncia rutas que él aprendió

desde un proveedor a otro. En el ejemplo de la Figura 5.23, el

ISP1 no usará el sistema autónomo 24 para alcanzar destinos

que crucen por ISP2, y viceversa.

Las advertencias de rutas entrantes influyen sobre su

tráfico saliente, y las advertencias salientes influyen su tráfico

entrante. Si el proveedor anuncia rutas en su sistema

autónomo via BGP, los encaminadores internos del sistema

autónomo tienen información más segura sobre destinos

externos. Con el mismo criterio anterior, si los encaminadores

internos del sistema autónomo anuncian al proveedor vía

BGP, tiene influencia sobre qué rutas se informan en cada

punto de salida.

175

Fig. 5.23. Ejemplo de sistema autónomo de no tránsito.

5.3.4 Mensajes BGP

Un participante BGP es cualquier encaminador que

corre BGP. Dicho encaminador BGP puede establecer o no una

relación con otro encaminador, dependiendo si también es o

no un participante. Se usa el término vecino BGP, peer BGP

o neighbor BGP para referirse específicamente a los speakers

BGP que han establecido una relación de vecinos, es decir, han

realizado una conexión TCP para intercambiar información de

ruteo BGP.

Se usa el término BGP externo o EBGP cuando BGP está

corriendo entre vecinos que pertenecen a distintos sistemas

autónomos. Los vecinos EBGP, por defecto, necesitan estar

directamente conectados.

Y se usa el término BGP interno o IBGP cuando BGP

está corriendo entre vecinos dentro del mismo sistema

autónomo. No es necesario que los vecinos IBGP estén

176

directamente conectados. Sí deben poder establecer una

conexión TCP, ya sea por una red directamente conectada,

rutas estáticas o un IRP.

En la Figura 5.24 se presentan algunas instrucciones

de configuración necesarias, de un equipo en particular, para

establecer la relación vecino entre participantes BGP. Se

observa que aparecen como ejemplos los casos de

configuración de la relación vecino EBGP entre el encaminador

A y el encaminador C, y la relación vecino de IBGP entre el

encaminador A y el encaminador B.

Fig. 5.24. Instrucciones OSPF para establecer la relación vecino.

Todos los tipos de mensajes BGP contienen la misma

cabecera de paquete, como se observa en la Figura 5.25:

 Un campo de 16 bytes de Marcado (Marker): para

detectar la pérdida de sincronización o autenticación de

mensajes BGP entrantes,

 Un campo de 2 bytes de Longitud de Paquete (Length):

que especifica la longitud del mensaje BGP en bytes (la

177

longitud no puede ser menor a los 19 bytes de la

cabecera sin datos ni mayor a 4096), y

 Un campo de 1 byte de Tipo (Type): que indica el tipo de

mensaje.

Fig. 5.25. Cabecera de Paquete BGP.

Los datos que siguen a la cabecera del paquete pueden

ser de 0 hasta 4.077 bytes, para dar una longitud máxima

posible de 4.096.

BGP define los siguientes tipos de mensajes:

 Open: el primer mensaje enviado después de establecer

la conexión TCP,

 Update: inicialmente se envía toda la tabla de

encaminamiento; luego la actualización es incremental

con información solo de un paso (podrían ser múltiples

178

redes). Incluye atributos de paso y redes sólo cuando

hay modificaciones,

 Keepalive: se usa para la confirmación que se aceptó el

mensaje Open y establece la conexión BGP. Se envía

continuamente para confirmar la conexión,

 Notification: Cuando se detecta un error, se envía y cierra

la conexión.

El mensaje Open lo transmite cada participante BGP

para negociar parámetros, como:

 El número de versión: que es la más alta que ambos

encaminadores soportan. Hoy en día es BGP4.

 El número de AS del encaminador local: el encaminador

vecino verifica esta información, para habilitar o no la

sesión BGP.

 El tiempo de mantenimiento: que es el máximo número

de segundos que puede pasar sin un keepalive. Cuando

recibe un mensaje Open, el encaminador calcula el valor

del hold temporizador usando el más pequeño, ya sea el

suyo o el que le llegó.

 El ID del encaminador BGP: es un campo de 32 bits del

BGP ID del transmisor. Es una dirección IP que se

asigna al encaminador, y se determina al inicio como en

OSPF. Se trata de la IP activa más alta, excepto que

exista una interfaz virtual (loopback). En este caso será

la IP más alta de las loopbacks existentes. También se

puede configurar estáticamente.

 Parámetros opcionales.

179

El mensaje Update tiene una longitud mínima de 23

bytes, de los cuales 19 son para la cabecera del paquete, 2

para la longitud de rutas no factibles y 2 bytes para longitud

de atributos de paso. La longitud de rutas no factibles

especifica el tamaño, en bytes, de rutas que se vuelven

inaccesibles o que han cambiado su información de atributo.

Estas rutas se expresan en formato prefijo/longitud, conocido

como notación CIDR. Por ejemplo, en 10.1.1.0/24 el prefijo es

10.1.1.0 y la longitud es 24. Y la longitud de atributos de paso

especifica el tamaño, en bytes, de atributos de paso.

En el mensaje Update también se puede enviar la

información de accesibilidad a nivel de capa de red (NLRI -

Network Layer Reachability Information); contiene una lista de

prefijos de direcciones IP alcanzables a través de las

publicaciones de un encaminador, expresadas en formato

prefijo/longitud.

El mensaje Keepalive se intercambia entre pares BGP,

una vez que la conexión se ha negociado y está establecida,

para mantener la sesión BGP activa. Está conformada sólo por

la cabecera de paquete de 19 bytes. Este mensaje no tiene

datos, y se envía por defecto cada 60 segundos. En el IOS de

Cisco, el Hold Temporizador es 3 veces el intervalo Keepalive.

Si el Hold Temporizador se coloca a cero no se envian mensajes

Keepalive. El mensaje Update también se usa para restablecer

el Hold Temporizador.

El mensaje Notification se envía cuando se detecta un

error y se cierra inmediatamente la conexión BGP. El campo

del Código de Error especifica el tipo de Notification y el campo

180

Subcódigo de error brinda información más específica de la

naturaleza del error reportado. Los campos se observan en la

Figura 5.26. El mensaje de Notification grabará la razón del

cierre de la conexión al final del log del par remoto.

Fig. 5.26. Campos de Código de Error del mensaje Notification.

Los códigos de error utilizados en los mensajes de

Notification son:

Código de Error Nombre Simbólico

1 Message Header Error

2 Open Message Error

3 Update Message Error

4 Hold Timer Expired

5 Finite State Machine Error

6 Cease

5.3.5 Estados BGP

Cuando se establece una sesión BGP se produce la

evolución de una máquina de estados finitos como se

representa en la Figura 5.27. Estos estados son:

 Inactivo: Se trata del estado inicial, en espera de un

evento de arranque o después de un error.

181

 Conectado: cuando el encaminador encontró una ruta al

vecino y completó el acuerdo de tres vías TCP.

 Activo: cuando, estando establecida la sesión, TCP

busca sus pares.

 Envío de mensaje Open: cuando se produce el envío del

mensaje Open, con los parámetros para la sesión BGP.

 Confirma Open: Cuando el encaminador recibió

correctamente los parámetros para establecer la sesión.

Si no hay respuesta del envío de mensaje Open vuelve al

estado Activo.

 Establecido: Cuando la sesión se estableció con éxito y

empieza el proceso de encaminamiento.

En el estado Inactivo, el encaminador no tiene sesión

BGP y no puede alcanzar la dirección IP del vecino. Esto se

puede deber a que está a la espera de una configuración

estática o que el IRP aprenda cómo llegar a dicha IP. Otra

posibilidad es que el vecino no esté anunciando su dirección

IP. Se mantiene en este estado hasta un evento de arranque

para inicializar una sesión TCP y establecer un temporizador

de Reintentar Conexión.

182

Fig. 5.27. Máquina de estados finito de una sesión BGP.

En el estado Conectado, el encaminador encontró un

camino al vecino e inicia una sesión TCP, y espera que se

complete. Si el inicio de la sesión fue satisfactorio, porque se

recibió un ACK del vecino, el sistema envía un mensaje de

Open y pasa al estado Envío de mensaje Open. Si la conexión

TCP falla por un vencimiento de temporizador, el sistema

reinicia el temporizador Reintentar Conexión, pasa al estado

Activo y queda en escucha para que un par BGP inicie una

183

conexión TCP. Si el temporizador Reintentar Conexión expira,

el sistema lo reinicia, comienza una conexión TCP a otro par,

y escucha los intentos de establecimiento por parte del mismo.

El encaminador permanece en el estado Conectado. Ante

cualquier otro evento volverá al estado Inactivo.

En el estado Activo, el encaminador trata de iniciar una

sesión TCP y espera que se complete. Si fue satisfactoria,

porque recibió un ACK del vecino, el sistema envía un mensaje

de Open y pasa al estado Envío de mensaje Open. Si el

temporizador Reintentar Conexión expira, vuelve al estado

Conectado. Ante cualquier otro evento volverá al estado de

Inactivo.

 Existen algunos problemas que se presentan en el

estado Activo. El encaminador puede entrar en un lazo

entre los estados Activo e Inactivo. En el estado Activo,

el encaminador encontró una dirección del vecino y

envió un paquete Open, pero el vecino tal vez no conozca

cómo retornar a este encaminador por una serie de

causas:

 El vecino no tiene una ruta a la dirección IP origen del

paquete BGP Open generado por este encaminador,

 La dirección IP que apunta a este encaminador no es la

correcta,

 El vecino no tiene una instrucción vecino (neighbor) para

este encaminador, o

 Hay un error de configuración de número de AS

184

En el estado Envío de Mensaje Open, el encaminador

espera por un mensaje Open del par. Cuando se recibe un

mensaje Open, se verifican posibles problemas. Por ejemplo,

de versión errónea, distinto número de AS, etc. Si se detectan

errores, se envía un mensaje de Notification y el estado pasa

nuevamente a Inactivo. Si es correcto, se negocian los

temporizadores Hold y Keepalive, y se envían mensajes

usados para mantener la conexión (Keepalives). También con

el número de AS recibido se sabe si va a trabajar como IRP o

ERP, y se pasa al estado Confirma Open. Ante cualquier otro

evento volverá al estado Inactivo.

En el estado Confirma Open se espera por un mensaje

de Keepalive o de Notification. Si se recibe un Keepalive, el

estado cambia a Establecido, pero si el temporizador Hold

expira, el sistema envía un mensaje de Notification y vuelve al

estado de Inactivo, o si el sistema recibe una Notification,

vuelve al estado de Inactivo. Ante cualquier otro evento volverá

al estado Inactivo.

En el estado Establecido, el encaminador puede

intercambiar mensajes de Update, Keepalive o de Notification

con sus pares. Cada vez que el sistema recibe un Update o

Keepalive, reinicia su temporizador Hold a menos que el

mismo sea cero. Si el temporizador Keepalive expira, envía un

Keepalive y reinicia el temporizador. Si el sistema recibe un

mensaje de Notification, el estado vuelve a Inactivo. El sistema

envía un mensaje de Notification y retorna a Inactivo cuando

el temporizador Hold expira, o cuando se detecta un error en

un mensaje recibido de Update. Ante cualquier otro evento

volverá al estado Inactivo.

185

En la Figura 5.28 se presenta como un ejemplo de

aplicación el uso de la instrucción show ip bgp neighbors de

un equipo en particular. Como se aprecia, la salida de la

instrucción muestra la información referida a un par, y todas

las rutas recibidas de ese par.

Fig. 5.28. Instrucción de verificación de vecinos BGP del

encaminador.

5.3.6 Atributos BGP

Los encaminadores BGP envían mensajes Update sobre

redes destino a otros encaminadores BGP. Los mensajes

Update contienen una o más rutas y un conjunto de métricas

BGP llamadas atributos de paso. Un atributo puede ser:

 Bien Conocido u Opcional,

 Obligatorio o Discrecional, o

 Transitivo o No Transitivo

186

Un atributo también puede ser parcial. No todas las

combinaciones de estas características son válidas.

Los atributos de paso son Bien Conocidos cuando son

reconocidos por todas las implementaciones de BGP y pueden

clasificarse a su vez en:

 Obligatorio Bien Conocido: cuando los atributos se

deben incluir en todas las implementaciones de BGP; si

no están en el mensaje Update, se envía un mensaje de

error de Notification, y

 Discrecional Bien Conocido: cuando los atributos

pueden o no estar presentes en un mensaje Update.

Los atributos son Opcionales cuando son reconocidos

por algunas implementaciones. En este caso, puede ser que

algunos encaminadores BGP no los reconozcan. Los

reconocidos se envían a los otros encaminadores basados en

su significado. De esta forma se clasifican en:

 Transitivo Opcional: cuando si no se reconocen, se

marcan como parciales y se propagan a los vecinos, y

 No Transitivo Opcional: cuando si no se reconocen

simplemente se descartan.

Los mensajes Update contienen una lista de atributos de

paso para la ruta advertida en el campo NLRI. El campo

longitud especifica la cantidad en bytes del campo atributos

de paso. El contenido de los campos son banderas (flags). Los

primeros 3 bits de mayor orden especifican si el atributo es

Bien Conocido Obligatorio, Bien Conocido Discrecional,

Transitivo Opcional o No Transitivo Opcional. El cuarto bit de

187

mayor orden especifica la longitud del campo código (si hay

más datos). Los bits remanentes no están especificados y se

configuran a cero.

Por ejemplo, en el Cisco IOS, el Código de atributo

contiene 1 de 10 tipos, siete soportados por todas las

implementaciones BGP y tres específicos de Cisco, como se

indica en la Tabla 5.1 y se detalla a continuación:

 El atributo Origen (ORIGIN): es uno Bien Conocido

Obligatorio que especifica cómo el encaminador receptor

aprendió la ruta listada en el campo NLRI.

 El Paso a SA (AS_PATH): es un atributo Bien Conocido

Obligatorio que se compone de una secuencia de

segmentos de pasos por AS.

 El Siguiente Salto (NEXT_HOP): es un atributo Bien

Conocido Obligatorio que define la dirección IP del

encaminador de borde que debería usarse como próximo

salto.

 El Discriminador Multi-salida (MULTI_EXIT_DISC): es un

atributo No Transitivo Opcional que especifica la ruta

externa preferida que debería tomarse en el AS local.

188

Tabla 5.1. Códigos de atributos soportados por CISCO.

 La Preferencia Local (LOCAL_PREF): es un atributo Bien

Conocido Discrecional usado por un encaminador BGP

para informar a sus pares IBGP el grado de preferencia

para la ruta advertida.

 La Agrupación Atómica (ATOMIC_AGGREGATE): es un

atributo Bien Conocido Discrecional usado por un

encaminador BGP para alertar a los pares BGP que se

han agrupado múltiples destinos en una única

actualización.

 La Agregación (AGGREGATOR): es un atributo Transitivo

Opcional. Por ejemplo, cuando se configura agregación

de dirección, también se puede incluir en el

189

encaminador su ID y el número de AS local junto con la

ruta a la superred.

Un ejemplo de atributo propietario es el llamado Peso

(WEIGHT) que usa CISCO. Es local al encaminador y no se

propaga. Por lo tanto, no es un código de tipo de atributo. Su

función es similar a Preferencia Local, dado que el

encaminador elegirá el camino con el valor más alto de Peso,

que es un número de 16 bits de 0 a 65.535.

5.4 Ejercitación

Ejercicio n° 1:

Para el esquema de la Figura complete las tablas, con las

métricas en cada uno de los nodos para alcanzar a todos los

otros (la métrica de cada enlace se muestra en la figura).

a. Al inicio, cuando cada encaminador (o nodo) conoce solo

las distancias a su vecino inmediato.

b. Cuando la red ha convergido (cada nodo conoce todas

las distancias a los demás).

190

Tabla a:

Nodo

origen

Métrica a nodo destino

A

B

C

D

E

F

A

0

3

-

1

B

C

D

E

F

191

Tabla b:

Nodo

origen

Métrica a nodo destino

A

B

C

D

E

F

A

0

3

6

3

6

1

B

C

D

E

F

Ejercicio n° 2:

Para el esquema de la Figura del ejercicio 1, indique las tablas

de encaminamiento para el encaminador C y E, considerando

que se utiliza el protocolo RIP v1 (métrica = n° de saltos).

Resolución Ejercicio n° 2 Tabla del encaminador C:

Encaminador C

Red

Destino

Métrica

Próximo Salto

A

2

B

1

B

C

0

-

D

2

B

E

3

B

F

3

B

Ejercicio n° 3:

192

Para el esquema de la Figura del Ejercicio n° 1, indique las

tablas de encaminamiento para el encaminador C y E,

considerando que se utiliza el protocolo OSPF (métrica =

indicada en el gráfico).

Resolución Ejercicio n° 3 Tabla del encaminador C:

Encaminador C

Red

Destino

Métrica

Próximo Salto

A

6

B

3

B

C

0

-

D

9

B

E

12

B

F

7

B

Ejercicio n° 4:

Realice una comparación entre el protocolo RIP y OSPF, de

acuerdo a los resultados obtenidos en los ejercicios 2 y 3.

Ejercicio n° 5:

Suponga un encaminador con una tabla de encaminamiento

como la siguiente.

193

El encaminador puede enviar paquetes directamente por las

interfaces 0 y 1, o a los encaminadores R2, R3 o R4. Indique

qué hace el encaminador con un paquete direccionado a los

siguientes destinos:

a. 128.96.171.92

b. 128.96.167.12

c. 128.96.163.151

d. 128.96.169.192

e. 128.96.165.121

f. 128.96.166.254

Resolución Ejercicio n° 5:

a. Interfaz 0

b. R2

c. R4

d. Interfaz 1

e. R3

f. R2

194

Ejercicio n° 6:

En el escenario de la Figura se utiliza RIPv1. Indique los

resultados que se obtendrán en lo que respecta al

encaminamiento: las tablas y problemas posibles.

Resolución Ejercicio n° 6:

El problema que presenta esta topología con su respectivo

direccionamiento es que la red no converge. Así la

configuración de RIPv1 sea correcta, pero no puede determinar

todas las redes en esta topología contigua. Esto es debido a

que un encaminador sólo publicará las direcciones de red

principales en las interfaces que no pertenecen a la ruta

advertida.

Como sabemos RIPv1 no envía información de máscaras de

subred en sus actualizaciones, por lo que no soporta VLSM o

CIDR.

En esta topología se utilizan dos redes con clase:

15.0.0.0 /8

90.0.0.0 /8

La red 15.0.0.0 /8, se divide en dos subredes:

15.43.2.0 /20

15.43.22.0 /20

La red 90.0.0.0 /8, se divide en tres subredes:

90.15.83.0 /24

195

90.15.87.0 /27

90.15.87.32/27

Las redes se resumen automáticamente a través de los bordes

de redes principales, ya que el encaminador receptor no puede

determinar la máscara de la ruta.

RA no tiene rutas hacia la red 15.43.22.0/20 del Encaminador

C. Además, RB equilibrará las cargas de tráfico destinadas a

cualquier subred 15.0.0.0/8

Ejercicio n° 7:

Ídem ejercicio anterior para RIPv2

Resolución Ejercicio n° 7:

El problema anterior acá no existe ya que RIPv2 si publica en

sus actualizaciones y la máscara de subred, y cada

encaminador aprende correctamente todas las subredes.

Ejercicio n° 8:

Del siguiente gráfico considere un paquete de 1200 bytes

(incluyendo el encabezado IP de 20 bytes), que se envía de la

estación A a la B

Los valores de MTU de cada red son:

MTU n1: 600 B

MTU n2: 600 B

MTU n3: 400 B

MTU n4: 1500 B

MTU n5: 600 B

MTU n6: 1500 B

MTU n7: 1500 B

196

R1 realiza balance de carga, enviando alternativamente

paquetes por R2 y R4.

c. Se pide describir el proceso de fragmentación, y todos

los fragmentos asociados, considerando que cada

fragmento posee el mayor tamaño posible, y que el

primer paquete que pasa por R1 sigue la ruta por R2.

d. ¿Qué efecto puede tener esta característica sobre

protocolos de capa de transporte como TCP?

Ejercicio n° 9:

BGP provee una lista de Sistemas Autónomos en el camino al

destino. Sin embargo esta información no se considera una

métrica de distancia (algoritmo vector-distancia). ¿Por qué?

5.5 Bibliografía y Referencias

5.5.1 Libros impresos

 William Stallings, “Data and Computer

Communications”, Pearson Education, 10° Ed., 2014.

 William Stallings y Thomas Case, “Business Data

Communications”, Pearson Education, 7° Ed., 2013.

197

 William Stallings, “Data and Computer

Communications”, Pearson Education, 8° Ed., 2009.

 CCNA de CISCO Press.

 William Stallings, “Wireless Communications &

Networks”, Prentice Hall, 2° Ed., 2005.

 Michael Daoud Yacoub “Wireless Technology: Protocols,

Standards, and Techniques”, CRC Press, 2002.

 William Stallings, “Local and Metropolitan Area

Networks”, Prentice Hall, 6° Ed., 2000.

 Uyless Black, “Tecnologías Emergentes para Redes de

Computadoras”, Ed. Prentice-Hall, 1999.

 D. Comer, “Redes Globales de Información con Internet

y TCP/IP”, Ed. Prentice-Hall, 3° Ed., , 2000.

 Request for Comments referidos a la temática.

 Artículos de revistas (IEEE, ACM, etc.) referidos a la

temática.

5.5.2 Enlaces y Referencias

 Artículos técnicos de Cisco sobre enrutamiento

https://supportforums.cisco.com/community/netpro/

network-infrastructure/routing

https://supportforums.cisco.com/community/netpro/

small-business/routers

 Normas de RIP

http://tools.ietf.org/html/rfc2453

http://www.ietf.org/rfc/rfc1058

 Normas de OSPF

http://www.ietf.org/rfc/rfc2328.txt

http://www.ietf.org/rfc/rfc5340.txt

198

 Normas de BGP

http://tools.ietf.org/html/rfc4274

http://www6.ietf.org/rfc/rfc4271

 Sistemas autónomos de Argentina

http://bgp.he.net/country/AR

 Definición y actualización de sistemas autónomos

http://www.nro.net/technical-coordination/asn

199

200

Tecnologías MAN Metro Ethernet y Wi-Max

6.1 Metro Ethernet

6.1.1 Introducción

6.1.2 Modelo de Referencia

6.1.3 Conexiones Virtuales Ethernet

6.1.4 Tecnologías de Transporte de Ethernet

6.2 Wi-Max

6.2.1 Introducción

6.2.2 Estándares

6.2.3 Servicios y Tecnologías

6.2.4 Implementaciones

6.2.5 Relaciones de OFDM y estándares Wi-Max

6.3 Ejercitación

6.4 Bibliografía y Referencias

6.4.1 Libros impresos

6.4.2 Enlaces y Referencias

CAPÍTULO 6

201

Capítulo 6

Tecnologías MAN

MetroEthernet y Wi-Max

6.1 Metro Ethernet

6.1.1 Introducción

Hay nuevas necesidades de ancho de banda, en los

siguientes aspectos, para:

Reducir costos con:

 La consolidación de servidores,

 Redes de área de almacenamiento,

 La convergencia de redes de datos, voz y video, y

 La contratación de nuevos modelos de Tecnologías

de Información.

Aumentar la productividad con:

 Aplicaciones de oficina multimedia,

 Aplicaciones distribuidas,

 Aplicaciones basadas en Web, e

 Integración de Aplicaciones.

Responder a incertidumbres con:

 Centros de datos distribuidos,

 La continuidad de negocios,

 La Recuperación de desastres,

202

 El almacenamiento remoto, y

 Redes seguras.

Mejorar el valor para el Cliente con:

 Administración de la relación con los clientes,

 Data warehousing, y

 Portales de clientes.

El uso de las tecnologías WAN Ethernet para crear redes

de área metropolitana MANs se denomina habitualmente

Metro Ethernet. Metro Ethernet se usa para suministrar

servicios de acceso a Internet a los clientes LANs y

residenciales, u otros servicios WAN. Las agencias de

gobierno, institutos educacionales, y corporaciones pueden

usar los servicios Metro Ethernet para crear intranets que

interconectan oficinas o campus remotos.

Se llama red Metro Ethernet a cualquier red destinada a

suministrar servicios Metro Ethernet, y en general, se aplica a

redes de operadores (ISPs). Los servicios Metro Ethernet se

refieren a la conectividad MAN/WAN de Capa 2 a través de

Ethernet. Este tipo de redes puede implementarse con varias

opciones de transporte físico.

Ethernet se ha convertido en una tecnología exclusiva

para las redes LAN, MAN y WAN. Se trata de una arquitectura

eficiente para redes de paquetes, en enlaces punto a punto,

punto a multipunto, y multipunto a multipunto. Ofrece una

interfaz con costo ventajoso, con flexibilidad de ancho de

banda, y velocidades de 10 a 10000 Mbps, y más. Ethernet se

203

usó originalmente para entornos LAN, pero hoy se ofrece con

independencia geográfica, en diversas implementaciones

físicas: Ethernet óptico, sobre IP o MPLS.

Metro Ethernet no afecta en absoluto el diseño y

desarrollo de las redes empresariales; puede mantenerse la

misma estructura y jerarquía. Metro Ethernet permite

satisfacer los requerimientos de ancho de banda de las

aplicaciones y es fácilmente escalable. Los tipos de servicios

dictarán las consideraciones de diseño.

Se observa en la Tabla 6.1 un cuadro comparativo con

las diferencias principales entre Ethernet, Frame Relay y ATM,

en base a las siguientes características: escalabilidad, soporte

de QoS, flexibilidad de servicio, costo por puerto y por Mbps,

entre otros aspectos. Ethernet se presenta como una

tecnología sólida, al compararla con las de conmutación de

paquetes tradicionales.

204

Tabla 6.1. Cuadro comparativo

entre Ethernet, Frame Relay y ATM.

Las tecnologías de Frame Relay y ATM son las VPNs de

Capa 2 tradicionales. Cada CE (Customer Equipment –

Equipamiento del Cliente) dispone de n circuitos, cada uno de

ellos conectado a otro CE, en topología de malla parcial. En la

red del proveedor, los nodos conmutan los paquetes del cliente

basándose en información de Capa 2 (DLCI en Frame Relay y

VC en ATM). Metro Ethernet es otra VPN de Capa 2, en la que

la red del proveedor transporta tramas Ethernet (las

direcciones MAC se usan para determinar el encaminamiento).

Se puede asimilar una VLAN a un DLCI o un VC.

Se observa una gran diversidad de servicios y

tecnologías Metro Ethernet. Cada uno de ellos con sus

205

particularidades. Entre los servicios, encontramos a E-Line

(Línea-E - Servicio de Línea Privada Virtual Ethernet); E-LAN

(LAN E - Servicio Multipunto); L2VPN (VPN de Capa 2 - Servicio

de conexión de Capa 2 extremo a extremo); EVC (Connection

Virtual Ethernet - Servicio de conexión virtual Ethernet con

interfaces usuario a red UNI); TLS (Service LAN Transparent -

Servicio LAN Transparente); VPLS (Service LAN Virtual Private

-Servicio LAN Privado Virtual, entre otros.

Entre las tecnologías, podemos encontrar nombres como

EoW (Ethernet over High Speed Wireless – Ethernet sobre

Redes Inalámbricas de Alta Velocidad), EoS (Ethernet over

SONET/SDH – Ethernet sobre SONET/SDH)), Optical

Ethernet (Ethernet Óptico - Ethernet nativo sobre fibra óptica),

EoMLPS (Ethernet over MPLS – Ethernet sobre MPLS), entre

otras.

El Foro de Metro Ethernet tiene como misión acelerar la

adopción de las tecnologías y servicios Ethernet a nivel de

operador. Para ello, tiene como objetivo principal construir

consenso y unir a proveedores de servicios, fabricantes de

equipos y clientes finales en las definiciones de servicios,

especificaciones técnicas e interoperabilidad; facilitar el

desarrollo de los estándares existentes o nuevos para permitir

el uso de los servicios de Metro Ethernet y hacer que Ethernet

sea la clase de transporte; y difundir los beneficios de los

servicios de Ethernet y redes de transporte basadas en Metro

Ethernet.

Las principales competencias del Foro Metro Ethernet

son:

206

1. Definir servicios Ethernet para las redes de transporte

metropolitanas. Dichos servicios deberán ser

suministrados sobre redes Metro Ethernet nativo y

podrán estar soportadas por otras tecnologías de

transporte. Y además, definir las tecnologías de

transporte de Ethernet para áreas metro a nivel de

transportista, especificando arquitecturas, protocolos y

gestión.

2. Con menor prioridad, especificar el trabajo que deben

hacer otras organizaciones sobre tecnologías de

transporte (actividad de enlace y coordinación), e

interfaces no-Ethernet, si no están definidas por otras

organizaciones.

6.1.2 Modelo de Referencia

En la Figura 6.1 se inicia la descripción del modelo de

referencia. Se describen a continuación los componentes del

modelo.

207

Fig. 6.1. Modelo de referencia Metro Ethernet.

El CE se conecta a través de una UNI (User Network

Interface). El CE puede ser un encaminador o un conmutador

IEEE 802.1Q.

La UNI responde al estándar IEEE 802.3, en cuanto a

las capas físicas y MAC Ethernet, con velocidades de 10Mbps

a 10Gbps. Se da soporte a varias clases de servicios (QoS). La

red Metro Ethernet puede usar distintas tecnologías de

transporte y de provisión de servicio, como por ejemplo:

SONET/SDH, WDM, PON, RPR, MAC-in-MAC, QiQ (VLAN

stack), o MPLS.

Y finalmente, entre estas definiciones, está prevista para

un futuro la interface NNI (network to network interface).

208

Sobre el anterior modelo, se añade un cuarto

componente: una EVC (Ethernet Virtual Connection). Una EVC

es una asociación entre dos o más UNIs. El proveedor del

servicio la crea para un cliente. Una trama en una EVC puede

ser enviada a una o más UNIs de la EVC. Nunca será enviada

de vuelta a la UNI de entrada, ni a una UNI que no pertenezca

a la EVC.

Las EVCs pueden ser:

 Punto a punto (E-Line), y

 Multipunto a multipunto (E-LAN)

Cada tipo de servicio Ethernet tiene un conjunto de

atributos de servicio y sus correspondientes parámetros que

definen las capacidades del mismo.

Entre los atributos de un servicio Ethernet en particular

se encuentra la:

 Multiplexación de servicios: que asocia una UNI con

varias EVC. Pueden ser: varios clientes en una sola

puerta o varias conexiones de servicios distintos para un

solo cliente.

 Transparencia de VLAN: significa que el proveedor del

servicio no cambia el identificador de la VLAN (la red

Metro Ethernet aparece como un gran switch). En el

servicio de acceso a Internet tiene poco importancia.

 Agrupamiento de VLAN (Bundling): Más de una VLAN

de cliente está asociada a la EVC en una UNI.

209

Hay atributos asociados a la interface UNI, y atributos

asociados a la EVC. Por ejemplo, entre los atributos de la UNI:

identificador de tipo de medio, de velocidad, de dúplex, etc;

atributo de soporte de etiqueta de VLAN, atributo de

multiplexación de servicio, atributo de agrupamiento de VLAN,

atributo de filtros de seguridad, etc. Y entre los atributos de

EVC encontramos: parámetros de tráfico (CIR, PIR, entrada,

salida, etc), parámetros de prestaciones (retardo, variación de

retardo, etc), parámetros de clase de servicio, VLAN-ID, etc),

atributo de servicio de despacho de tramas (tramas de

unidifusión, tramas de multidifusión), etc.

6.1.3 Conexiones Virtuales Ethernet E-Line y E-LAN

El servicio Ethernet E-Line, presentado en la Figura 6.2,

puede operar con ancho de banda dedicado o compartido:

 EPL (Ethernet Private Line): Es un servicio EVC punto a

punto con un ancho de banda dedicado. El cliente

siempre dispone del CIR, normalmente en canales SDH

o en redes MPLS. Es como una línea en TDM (Time

Division Multiplexing - Multiplexación por División de

Tiempo), pero con una interfaz Ethernet.

 EVPL (Ethernet Virtual Private Line): En este caso hay un

CIR y un EIR, y una métrica para el soporte de acuerdos

con el proveedor. Es similar a Frame Relay. Se suele

implementar con canales TDM compartidos o con redes

de conmutación de paquetes usando conmutadores y/o

encaminadores.

210

Fig. 6.2. Servicio Ethernet E-Line.

El servicio Ethernet E-LAN, presentado en la Figura 6.3,

puede operar también con ancho de banda dedicado o

compartido:

 EPLan (Ethernet Private LAN): Suministra una

conectividad multipunto entre dos o más UNIs, con un

ancho de banda dedicado.

 EVPLan (Ethernet Virtual Private LAN): También suele

conocerse con los nombres de VPLS (Virtual Private Lan

Service), TLS (Transparent LAN Service), VPSN (Virtual

Private Switched Network). La separación de clientes se

obtiene vía encapsulación usando etiquetas de VLANs

del proveedor.

211

Fig. 6.3. Servicio Ethernet E-LAN.

6.1.4 Tecnologías de Transporte de Ethernet

Los servicios Metro Ethernet no necesitan que toda la

red de Capa 1 y 2 sea exclusivamente Ethernet. También

puede ser: Ethernet Óptico con MPLS o Ethernet sobre SONET,

por mencionar algunas de las diversas soluciones, como se

muestra en la Figura 6.4.

212

Fig. 6.4. Soluciones de Capa 1 y 2

para el transporte de Ethernet.

Por ejemplo, EoS (Ethernet over SONET) es un conjunto

de estándares de la industria que han sido desarrollados para

el transporte óptimo de Ethernet sobre topologías de

conmutación de circuitos (SDH/SONET). Hay técnicas de

encapsulación disponibles: las técnicas de concatenación

virtual (VCAT), y el esquema de ajuste de la capacidad del

enlace (LCAS), que definen el método de transporte. Y por otro

lado, las técnicas de procedimiento de entramado (framing)

genérico (GFP) y el procedimiento de acceso de enlace para

SDH (LAPS), que son protocolos de adaptación de la Capa 1 de

transporte.

213

La concatenación de tributarios puede ser contigua

(basada en punteros) o virtual. La VCAT no necesita que los

tributarios sean contiguos. Pueden viajar por distintos

caminos entre los extremos. Al contrario de la concatenación

contigua, que requiere que la funcionalidad la tengan todos los

nodos intermedios en la red, además de los extremos, VCAT

sólo la exige en estos últimos.

El esquema de ajuste de la capacidad del enlace LCAS

está definido en el ITU-T G.7042. LCAS es un mecanismo de

señalización para que los extremos se sincronicen cuando

añaden o eliminan algún miembro del grupo de concatenación

virtual VCG (Virtual Concatenation Group). Permite cambiar el

ancho de banda bajo demanda.

El procedimiento de entramado genérico GFP está

definido en el G.7041 del ITU-T. Es un mecanismo genérico de

encapsulado que resulta de asignaciones directas de varios

tipos de tráfico en contenedores de SONET/SDH virtual. Hay

dos tipos de asignaciones: Frame-GFP y el Transparent-GFP.

Mientras que el Ethernet LAPS es un protocolo del tipo HDLC

(High-Level Data Link Control) para usar en la carga datos de

SDH. Tiene secuencias prohibidas que deben ser sustituidas.

El ITU-T X.85 define IP sobre LAPS y el ITU-T X.86 define

Ethernet sobre LAPS.

Como en otros casos, las empresas no usarán los

servicios Ethernet a menos que haya acuerdos con el

proveedor, con compromisos de prestaciones y disponibilidad

del servicio en sitios críticos. De cumplirse estas condiciones,

las empresas construirán redes privadas. Los atributos de

214

servicios críticos en los acuerdos son: el perfil de ancho de

banda y la performance del servicio.

El Foro Metro Ethernet ha definido tres perfiles de ancho

de banda en su ETM (Ethernet Traffic Management), como se

indica en la Figura 6.5: el perfil de ancho de banda de ingreso

por UNI de ingreso, por EVC y por identificación ID de CoS

(Class of Service - Clase de Servicio). Se utilizan 4 parámetros:

CIR, CBS, EIR y EBS. El CIR y el CBS determinan la cantidad

de tramas liberadas por objetivos a nivel de servicio, y el EIR y

el EBS determinan la cantidad de tramas liberadas en exceso

permitidas.

Fig. 6.5. Perfiles de ancho de banda en el ETM.

Respecto a los parámetros asociados a las prestaciones

del servicio, se enumeran: la disponibilidad, el retardo, la

variación del retardo y la pérdida de tramas. El nivel de

prestaciones del servicio para transmisión está determinado

215

por la identificación de CoS, la prioridad 802.1p de usuario

por EVC, y por puerto UNI.

6.2 Wi-Max

6.2.1 Introducción

Los sistemas de microondas terrestres se usan

principalmente en servicios de telecomunicaciones de larga

distancia, como alternativa al cable coaxial, y especialmente a

la fibra óptica, que se ha vuelto muy competitiva. Se usa

frecuentemente para transmitir televisión, voz y datos.

También se usa en los enlaces punto a punto a cortas o largas

distancias. En vista de su aplicación en redes de datos MAN y

WAN, se presentará la tecnología de microondas terrestres Wi-

MAX.

Wi-Max (Worldwide Interoperability for Microwave

Access) es una tecnología de microondas terrestres

normalizada que habilita enlaces y el acceso de banda ancha

inalámbrica. Está especificada por el Instituto de Ingenieros

en Electricidad y Electrónica IEEE, como el estándar IEEE

802.16.

El Foro Wi-Max es un organismo de la industria, sin

fines de lucro, dedicado a promover la adopción de esta

tecnología y asegurar que diferentes productos de fabricantes

puedan interoperar entre sí. Esto lo realiza a través de planes

de desarrollo y test de interoperabilidad, y programas de

certificación. Wi-MAX Forum Certified™ significa que un

216

proveedor de servicio puede comprar equipamiento de más de

una compañía y estar seguro que van a trabajar entre sí.

Wi-MAX se diseñó para proveer conectividad fija,

nómade y portátil de banda ancha inalámbrica sin la

necesidad de LOS (Line Of Sight - línea de visión directa) con

una estación base. En un desarrollo, con un radio de celda

típico de 3 a 10 km, los sistemas certificados por el Foro Wi-

MAX pueden brindar una capacidad de hasta 40 Mbps por

canal, para aplicaciones de acceso fijo y portátil. Para

desarrollos de redes móviles pueden suministrar típicamente

hasta 15 Mbps de capacidad dentro de un radio de celda de 3

kms.

De acuerdo al Foro Wi-Max se soportan 5 clases de

aplicaciones:

 Juegos interactivos multi-jugador,

 Conferencias de VoIP y Video,

 Streaming,

 Browsing Web y mensajería instantánea, y

 Descargas de contenidos.

6.2.2 Estándares Wi-Max

Wi-Fi es un conjunto de tecnologías basadas en los

estándares IEEE 802.11 a, b, g y n, que se resumen en la Tabla

6.2. Se la considera una de las primeras redes inalámbricas

de banda ancha ampliamente desarrolladas. La arquitectura

Wi-Fi consiste de una estación base que interconecta

estaciones en forma inalámbrica para acceder a los recursos

217

de la red. Mientras que los usuarios estén dentro del radio de

cobertura (aprox. 100-200 m) que brinda un AP (Access Point

– Punto de Acceso), podrán mantener la conectividad.

Tabla 6.2. Resumen de las tecnologías basadas

en el estándar 802.11.

Wi-Fi presenta algunas desventajas en las

comunicaciones inalámbricas de microondas. Tiene un nivel

limitado de movilidad, es susceptible a las interferencias, y lo

que es muy importante, fue diseñada técnicamente para

funcionar en rangos cortos y básicamente el interior de

instalaciones.

Es posible establecer una relación entre las tecnologías

Wi-Fi y Wi-Max. Wi-Max elimina las restricciones de Wi-Fi,

dado que está diseñada para trabajar en el exterior sobre

grandes distancias. Se trata de una tecnología más compleja y

puede manejar características importantes como QoS,

confiabilidad de transporte de portadora, NLOS (Non Line Of

Sight), etc. Y desde este punto de vista, Wi-Max no intenta

218

reemplazar a Wi-Fi, sino que es un complemento, y en algunos

casos simplemente no compiten entre sí dado que resuelven

diferentes problemáticas de conectividad inalámbrica.

En la Tabla 6.3 se presentan brevemente algunas de las

características básicas de diferentes estándares que se han

presentado en el tiempo, para satisfacer una gama de

soluciones.

Tabla 6.3. Resumen de las tecnologías basadas

en el estándar 802.16.

6.2.3 Servicios y Tecnologías Wi-Max

Wi-Max puede proveer 2 formas de servicios

inalámbricos:

 Sin línea de vista (NLOS): como una clase de servicio Wi-

Fi, donde una estación con una pequeña antena se

conecta a un nodo. Usa un rango de frecuencias

relativamente bajo (de 2 a 11 GHz).

219

 Con línea de vista (LOS): donde puntos de antenas fijos

se unen al nodo. La conexión LOS es más fuerte y más

estable, de modo que es capaz de enviar alta tasa de

datos con pocos errores. Usa frecuencias más altas, de

hasta 66 GHz. Y la tecnología, en general, se puede

suministrar hasta un radio de 48 Kms.

 El Foro Wi-Max anticipa el avance de sus tecnologías en 3

alternativas distintas, para:

 La comunicación con ubicación fija, servicios de línea

privados, concentradores hot spot, etc.

 Brindar acceso inalámbrico de banda ancha (DSL

Wireless).

 Los usuarios móviles y nómadas.

Además, está enfocado en usar bandas espectrales para

implementación global, que comprende las siguientes:

 No licenciada de 5 GHz: Incluye las bandas entre 5.25 y

5.85 GHz. En la banda superior (5.725 – 5.850 GHz)

muchos países permiten alta potencia de salida (hasta 4

Watts), lo que la hace muy atractiva.

 Licenciada de 3.5 GHz: Incluye las bandas entre 3.4 y

3.6 GHz en la mayoría de los países.

 Licenciada de 2.5 GHz: las bandas entre 2.5 y 2.6 GHz

están permitidas en US, México, Brasil y algunos otros

países.

Las opciones de las bandas espectrales licenciadas y no

licenciadas tienen sus ventajas y desventajas. En las bandas

220

licenciadas se obtiene una mejor respuesta a los

requerimientos de QoS, una mejor recepción en aplicaciones

NLOS en bajas frecuencias, aunque habrá complicaciones por

el tema de la gestión de la licencia, mientras que en la banda

no licenciada se obtienen desarrollos más rápidos a un costo

inferior, y con toda una serie de opciones mundiales para la

implementación.

Se pueden comparar rápidamente los aspectos técnicos

fundamentales de las soluciones de banda licenciada y no

licenciada. Ambas soluciones se basan en el estándar IEEE

802.16-2004, que usa OFDM en la Capa 1. OFDM provee

beneficios como mejor SNR (Signal to Noise Ratio - Relación

Señal a Ruido) de estaciones de clientes y una mejor respuesta

a interferencias multipaso o multitrayectoria. Para crear

canales bi-direccionales full-duplex, las soluciones licenciadas

usan FDD (Frequency Division Duplex – Duplexación por

División de Frecuencias) mientras que las no licenciadas usan

TDD (Time Division Duplex – Duplexación por División de

Tiempo). Tanto FDD y TDD se refieren a la duplexación o

transmisión inalámbrica de dos vías (canal ascendente y canal

descendente).

TDD requiere sólo un canal para transmitir las

subtramas del canal ascendente y descendente en dos ranuras

(slots) de tiempos distintos. TDD tiene por lo tanto una mayor

eficiencia espectral que FDD. TDD puede manipular

flexiblemente el tráfico de banda ancha simétrico y asimétrico.

Su campo de aplicación especial es cuando se transmiten

datos asimétricos, en entornos con patrones de tráfico

221

variable, donde la eficiencia de RF es más importante que el

costo.

FDD requiere dos canales distintos para transmitir la

subtrama del canal ascendente y la subtrama del canal

descendente en el mismo tiempo de ranura. Por ello, FDD es

apropiada para servicios de voz bidireccionales dado que

ocupa ambos canales de manera simétrica. No se puede

desarrollar cuando el espectro no está balanceado. En este

caso, el espectro es normalmente licenciado, por lo que

involucra mayores costos. Se usa en entornos con patrones de

tráfico predecible, donde los costos del equipamiento son más

importantes que la eficiencia de RF. FDD se usa comúnmente

en las redes celulares 2G y 3G.

6.2.4 Implementaciones Wi-Max

Las implementaciones Wi-Max no están exentas de

desafíos. Las interferencias de RF interrumpen la transmisión,

y como consecuencia, el rendimiento disminuye. Las formas

más comunes de interferencias son las interferencias multi-

paso y la atenuación.

La superposición de interferencias diversas genera ruido

aleatorio. Además, otro desafío es la ubicación de la

infraestructura. La estructura física que alberga o apoya la

estación base debe estar libre de RF. Las estructuras metálicas

pueden distorsionar las señales, u obstáculos en movimiento

pueden la intensidad de la señal. Los obstáculos tales como

árboles y edificios a menudo bloquean los caminos de la señal.

222

Es necesario resolver los aspectos que afectan la calidad

del servicio de la implementación Wi-Max. El diseño adecuado

de las redes y la ubicación de la infraestructura son

fundamentales para solucionar los problemas. Por ejemplo,

 Estudiar el sitio del abonado, reunir estadísticas,

coordinar el uso de RF con los proveedores de vecinos.

 La definición de las características más adecuadas de

las antenas (tipo, ángulos de inclinación, matriz de

ganancia, diversidad, etc.)

 El buen diseño e implementación del nodo del

proveedor, y de las estaciones base o celdas con acceso,

las estructuras de RF prácticas y la protección contra

eventos meteorológicos.

6.2.5 Relación de OFDM y los Estándares Wi-Max

Los perfiles definidos por el Foro Wi-Max especifican una

interfaz de aire en OFDM de 256 portadoras, y aún más.

OFDM permite transmitir simultáneamente las señales

digitales en múltiples ondas portadoras de RF. Esto favorece

una gran adaptación a los contextos NLOS. Además, OFDM es

resistente a efectos multi-paso, espectralmente eficiente para

transmitir datos digitales inalámbricos, y tiene buena

eficiencia a mayor ancho de banda.

Sin embargo, también hay algunos problemas, como un

pico muy alto de potencia promedio llamada PAPR (Peak to

Average Power Ratio – Relación entre la Potencia Pico y

Promedio).

223

En la Tabla 6.4 se pueden apreciar las diferencias entre

cada uno de los distintos estándares de Wi-Max, es decir, el

protocolo original 802.16, Wi-Max fijo 802.16 2004, y Wi-Max

móvil 802.16e 2005.

Tabla 6.4. Diferencias entre los estándares 802.16.

El estándar 802.16 esencialmente estandariza dos

aspectos de la interfaz aérea - la Capa 1 y la Capa 2 de control

de acceso al medio (MAC).

224

Como se planteó previamente, la versión 802.16e usa

OFDMA para transportar datos, soportando anchos de banda

en el canal de entre 1.25 MHz y 20 MHz, consiguiendo hasta

2048 sub-portadoras. Soporta codificación adaptativa, de

modo que en condiciones de buena recepción de la señal, se

puede llegar a usar un mecanismo de codificación de alta

eficiencia como 64 QAM, mientras que cuando la señal es más

débil se usa un mecanismo de codificación más robusto como

BPSK. En condiciones intermedias también se puede usar 16

QAM y QPSK.

Otra característica de Capa 1 es que incluye soporte

para antenas MIMO (Multiple-in Multiple-out).

Aunque el estándar permite operaciones en cualquier

banda desde los 2 hasta los 66 GHz, las operaciones móviles

funcionan mejor en las bandas más bajas, que son también

las más demandadas, y por tanto, las más caras.

La MAC 802.16 describe unas capas de convergencia

similares a las tecnologías basadas en cable, como Ethernet,

ATM e IP y cómo se clasifican los datos. También cómo se

establecen las conexiones seguras, usando un intercambio

confiable de clave durante la autenticación y encriptación

usando el método AES (Advanced Encryption Standard –

Estándar de Cifrado Avanzado) durante la transferencia de

datos.

Además, las características de la Capa 2 incluyen

mecanismos de ahorro de energía como el modo dormir (sleep

mode) y el modo inactivo (idle mode), y mecanismos de

traspaso.

225

Una característica del 802.16 es que se trata de una

tecnología orientada a conexión. La estación de abonado no

puede transmitir datos hasta que la estación base le asigne un

canal. Esto permite al 802.16e ofrecer un soporte robusto para

QoS (Quality of Service - Calidad de Servicio).

El estándar IEEE 802.16e fue ratificado en diciembre de

2005. Se trata de una extensión de IEEE 802.16-2004, que

cubre las Capas 1 y 2, incluyendo el funcionamiento

combinado fijo y móvil en bandas licenciadas. Por ejemplo,

permite que un usuario móvil siga conectado mientras se

desplaza a una velocidad de 120 a 150 km/h. La Capa 1 de

Wi-Max móvil está basada sobre la tecnología OFDM escalable,

lo que resulta en menor complejidad de equipamiento y

administración de movilidad más simple, debido a un núcleo

de red todo IP.

La movilidad Wi-Max debe superar algunas dificultades.

Por ejemplo, la disponibilidad y diversidad de dispositivos

comerciales, la demora en la introducción efectiva al mercado,

y los altos costos iniciales que limitan su crecimiento.

Además, en algunos mercados la disponibilidad de

espectro es limitada. Por este motivo, la demanda actual para

Wi-Max es principalmente para servicios MAN fijos, en especial

en las regiones no atendidas o mercados en desarrollo.

Por otro lado, la demanda para datos inalámbricos está

en crecimiento, pero aún es limitado. Los operadores móviles

226

ven la necesidad de una topología inalámbrica sólo para datos

cuando la demanda sea mayor.

La demanda puede manejar otras alternativas

adicionales del espectro para servicios de datos móviles

inalámbricos. Además, debe tenerse en cuenta que Wi-Max no

suplanta ni suplantará otras tecnologías inalámbricas. Es

decir, no reemplazará Wi-Fi en las redes LAN, y al menos por

ahora, las tecnologías celulares seguirán siendo útiles para voz

y datos en las redes WAN.

Se espera que Wi-Max se transforme en el estándar

dominante para MAN Inalámbricas. Para ello, es necesario que

los productos Wi-Max que salgan al mercado para los usuarios

finales sean fáciles de instalar. Además, deben considerarse

los aspectos de implementación sobre orientación y

configuración. Mientras, Wi-Fi prevalecería en LAN

Inalámbricas y la tecnología celular en dispositivos móviles

livianos.

6.3 Ejercitación

Ejercicio n° 1:

Explicar qué es y para qué se utiliza Metro Ethernet.

Ejercicio n° 2:

Explicar qué diferencias hay entre EPL y EVPL, y cuándo

usaría cada una.

Ejercicio n° 3:

227

Indicar algunos servicios de Metro Ethernet.

Ejercicio n° 4:

Comparar los distintos estándares de WI-MAX.

Ejercicio n° 5:

Qué ventajas y desventajas pueden existir entre FDD y TDD

en WI-MAX?

6.4 Bibliografía y referencias

6.4.1 Libros impresos

 William Stallings, “Data and Computer

Communications”, Pearson Education, 10° Ed., 2014.

 William Stallings y Thomas Case, “Business Data

Communications”, Pearson Education, 7° Ed., 2013.

 William Stallings, “Data and Computer

Communications”, Pearson Education, 8° Ed., 2009.

 CCNA de CISCO Press.

 William Stallings, “Wireless Communications &

Networks”, Prentice Hall, 2° Ed., 2005.

 Michael Daoud Yacoub “Wireless Technology: Protocols,

Standards, and Techniques”, CRC Press, 2002.

 William Stallings, “Local and Metropolitan Area

Networks”, Prentice Hall, 6° Ed., 2000.

 Uyless Black, “Tecnologías Emergentes para Redes de

Computadoras”, Ed. Prentice-Hall, 1999.

228

 D. Comer, “Redes Globales de Información con Internet

y TCP/IP”, Ed. Prentice-Hall, 3° Ed., , 2000.

 Request for Comments referidos a la temática.

 Artículos de revistas (IEEE, ACM, etc.) referidos a la

temática.

6.4.2 Enlaces y Referencias

 Respuestas de expertos de Cisco en el funcionamiento

de Metro Ethernet

https://supportforums.cisco.com/community/netpro/

service-providers/metro

 Forum de Metro Ethernet

http://metroethernetforum.org/

 Informes del Sector de Radiocomunicaciones de la UIT

http://www.itu.int/es/ITU-R/Pages/default.aspx

 Tecnologías satelitales

http://www.etsi.org/technologies-

clusters/technologies/satellite

 Forum de Wi-Max http://www.wimaxforum.org/

229

Índice de Contenidos:

Capítulo 1 Redes LAN y WAN

1.1 Introducción a las Redes de Datos ............................... 8

1.2 Clasificación de las Redes de Datos .............................. 9

1.3 Tendencias de las Redes de Datos ................................ 11

1.4 Símbolos de los dispositivos de red .............................. 12

230

Capítulo 2 Conjunto de Protocolos TCP/IP

2.1 Introducción ................................................................ 16

2.1.1 Tecnología de Interconexión ...................................... 16

2.1.2 Arquitectura de Protocolos ........................................ 17

2.1.3 Arquitectura de Protocolos TCP/IP e Internet ............ 21

2.1.4 Evolución de Internet ................................................ 23

2.2 El Modelo OSI .............................................................. 24

2.3 Familia de Protocolos de Internet o TCP/IP .................. 26

2.3.1 Introducción ............................................................. 26

2.3.2 Capas de TCP/IP ...................................................... 29

2.3.3 Algunas consideraciones importantes sobre TCP/IP .. 31

2.3.4 Conjunto de Protocolos TCP/IP ................................. 33

2.4 Bibliografía y Referencias ............................................. 35

2.4.1 Libros impresos ........................................................ 35

2.4.2 Enlaces y referencias ................................................ 35

Capítulo 3 Conmutadores, VLANs y STP

3.1 Conmutador ................................................................ 38

3.1.1 Dispositivos en Redes LAN ....................................... 38

3.1.2 Rendimiento de la Red .............................................. 42

3.1.3 Almacenamiento y Técnicas de Conmutación en

Conmutadores ................................................................... 45

3.1.4 Dominios de Colisión y Difusión con Conmutadores . 46

3.1.5 Configuración de Conmutadores ............................... 51

3.2 ARP - Protocolo de Resolución de Direcciones .............. 55

3.3 VLANs - LANs Virtuales ............................................... 60

3.3.1 Visión General .......................................................... 60

3.3.2 Clasificación de VLANs ............................................. 65

3.3.3 Etiquetas y troncales ................................................ 66

3.3.4 Configuración de VLANs ........................................... 70

3.4 STP - Protocolo de Árbol de Expansión ......................... 73

3.4.1 Visión General .......................................................... 73

3.4.2 Algoritmo STP ........................................................... 78

3.4.3 Estados de los Puertos en STP .................................. 82

3.4.4 Evolución de las Versiones de STP ............................ 84

3.5 Ejercitación ................................................................. 86

3.6 Bibliografía y Referencias ............................................. 92

3.6.1 Libros impresos ........................................................ 92

231

3.6.2 Enlaces y referencias ................................................ 93

Capítulo 4 Encaminadores y Protocolos de Encaminamiento

4.1 Encaminadores ............................................................ 96

4.1.1 Introducción ............................................................. 96

4.1.2 Características Generales de los Encaminadores ....... 96

4.1.3 CPUs, Memorias y Sistema Operativo de los

Encaminadores .......................................................... 99

4.1.4 Puertos o Interfaces ................................................ 103

4.1.5 Encaminador como Dispositivo de Capa 3 ............... 105

4.1.6 Instrucciones de Configuración Básicas .................. 106

4.2 Protocolos de Encaminamiento y Encaminados .......... 111

4.2.1 Introducción ........................................................... 111

4.2.2 Encaminamiento Adaptativo o Dinámico ................. 116

4.2.3 Sistemas Autónomos y Protocolos IRP-ERP ............. 119

4.2.4 Tipos de Encaminamientos: vector distancia,

estado de enlace y vector-paso ................................. 122

4.2.5 Algoritmos de Encaminamiento ............................... 125

4.3 Ejercitación ............................................................... 129

4.4 Bibliografía y Referencias ........................................... 133

4.4.1 Libros impresos ...................................................... 133

4.4.2 Enlaces y referencias .............................................. 134

Capítulo 5 Protocolos de Encaminamiento RIP, OSPF y BGP

5.1 Protocolo RIP ............................................................. 138

5.1.1 Conceptos fundamentales en RIP ............................ 138

5.1.2 Evolución de RIP ..................................................... 142

5.2 Protocolo OSPF .......................................................... 145

5.2.1 Conceptos fundamentales en OSPF ......................... 145

5.2.2 Paquetes OSPF ....................................................... 149

5.2.3 Tipos de Encaminadores en OSPF ........................... 153

5.2.4 Concepto de Área OSPF .......................................... 154

5.3 Protocolo BGP ............................................................ 157

5.3.1 Introducción ........................................................... 157

5.3.2 Conceptos fundamentales de BGP ........................... 166

5.3.3 Operación BGP ....................................................... 169

5.3.4 Mensajes BGP ......................................................... 176

5.3.5 Estados BGP ........................................................... 181

232

5.3.6 Atributos BGP ........................................................ 186

5.4 Ejercitación ............................................................... 190

5.5 Bibliografía y Referencias ........................................... 197

5.5.1 Libros impresos ...................................................... 197

5.5.2 Enlaces y referencias .............................................. 198

Capítulo 6 Tecnologías MAN Metro Ethernet y Wi-Max

6.1 Metro Ethernet .......................................................... 202

6.1.1 Introducción ........................................................... 202

6.1.2 Modelo de Referencia .............................................. 207

6.1.3 Conexiones Virtuales Ethernet E-Line y E-LAN ...... 210

6.1.4 Tecnologías de Transporte de Ethernet .................. 212

6.2 Wi-MAx ..................................................................... 216

6.2.1 Introducción ........................................................... 216

6.2.2 Estándares Wi-Max ................................................ 217

6.2.3 Servicios y Tecnologías Wi-Max ............................... 219

6.2 4 Implementaciones Wi-Max ...................................... 222

6.2.5 Relación de OFDM y los Estándares Wi-Max ........... 223

6.3 Ejercitación ............................................................... 227

6.4 Bibliografía y Referencias ........................................... 228

6.5.1 Libros impresos ...................................................... 228

6.5.2 Enlaces y referencias .............................................. 229

Índice .............................................................................. 231

Lista de Figuras ............................................................... 235

Lista de Tablas ................................................................ 241

233

Lista de Figuras:

Capítulo 1 Redes LAN y WAN

Figura 1.1 Ejemplo de red LAN ......................................... 10

Figura 1.2 Ejemplo de red WAN ......................................... 11

Figura 1.3 Símbolos de los dispositivos de red ................... 14

Capítulo 2 Conjunto de Protocolos TCP/IP

Figura 2.1 Capas del Modelo de Referencia OSI .................. 25

234

Figura 2.2 Proceso de encapsulamiento en el Modelo OSI .. 26

Figura 2.3 Vista de las capas del Modelo OSI

y el Conjunto TCP/IP ........................................ 28

Figura 2.4 Encapsulamiento y nombres de los mensajes

TCP/IP .............................................................. 28

Figura 2.5 Vista resumida del conjunto de protocolos

TCP/IP por Capas ............................................. 34

Capítulo 3 Conmutadores, VLANs y STP

Figura 3.1 Dispositivos de red en relación al modelo OSI ... 39

Imagen 3.1 Fotografía de encaminadores ........................... 40

Imagen 3.2 Fotografía de conmutadores ............................ 41

Figura 3.2 Requerimientos de ancho de banda LAN

según las aplicaciones ...................................... 43

Figura 3.3 Diferentes técnicas de conmutación

de un conmutador ............................................ 46

Figura 3.4 Red con 4 subredes usando hubs ..................... 47

Figura 3.5 Ejemplo de tráfico de tramas de unidifusión,

de difusión y de multidifusión ........................... 49

Figura 3.6 Conmutador de Capa 2 en relación

al modelo OSI ................................................... 50

Figura 3.7 Conmutador de Capa 3 en relación

al modelo OSI ................................................... 50

Figura 3.8 Administración local del conmutador

a través de puerto consola ................................ 51

Figura 3.9 Panel frontal de un conmutador ........................ 52

Figura 3.10 Instrucción que da la Tabla

de direcciones MAC del conmutador ................ 54

Figura 3.11 Activación del Servidor HTTP del conmutador . 55

Figura 3.12 Formato de la trama Ethernet ......................... 56

Figura 3.13 Las subredes 172.16.10 y 172.16.20

separadas por un encaminador ...................... 57

Figura 3.14 Ejemplos de VLANs dentro de una

organización ................................................... 62

Figura 3.15 Configuración dinámica de VLANs .................. 63

Figura 3.16 VLANs Extremo a Extremo .............................. 65

Figura 3.17 VLANs Geográficas .......................................... 65

Figura 3.18 Ejemplo de troncal de VLANs .......................... 67

235

Figura 3.19 Etiquetamiento de paquetes de VLANs ............ 68

Figura 3.20 Formato de trama 802.1Q ............................... 69

Figura 3.21 Creación de VLANs y asignación de puertos

en el conmutador ............................................ 70

Figura 3.22 Verificación de VLAN con la instrucción

show vlan brief ............................................... 71

Figura 3.23 Verificación de VLAN con la instrucción

show vlan ....................................................... 72

Figura 3.24 Configuración IP y de la puerta de enlace

del conmutador .............................................. 72

Figura 3.25 Configuración de acceso remoto

del conmutador con Telnet ............................. 73

Figura 3.26 Configuración típica para usar STP ................. 75

Figura 3.27 Bloqueo de enlaces usando STP ...................... 76

Figura 3.28 Formato del ID de Bridge (BID) ........................ 77

Figura 3.29 Formato extendido del ID de Bridge (BID) ........ 77

Figura 3.30 Evolución del protocolo STP ............................ 85

Capítulo 4 Encaminadores y Protocolos de Encaminamiento

Figura 4.1 Ejemplo de interconexión de redes LAN

usando encaminadores ..................................... 98

Figura 4.2 Ejemplo de encaminamiento de un paquete

usando encaminadores ..................................... 99

Figura 4.3 Instrucciones en el modo comando

sobre un encaminador .................................... 101

Figura 4.4 Verificación de las características principales

del encaminador ............................................. 103

Figura 4.5 Puertos o interfaces en un encaminador ......... 104

Figura 4.6 Proceso de reenvío de paquetes a través

de la red ......................................................... 105

Figura 4.7 Procesos de encapsulamiento y

desencapsulamiento ....................................... 106

Figura 4.8 Configuración básica de intefaz fastethernet

del encaminador ............................................. 107

Figura 4.9 Configuración básica de interfaz serial

del encaminador ............................................. 107

Figura 4.10 Instrucción de verificación de las interfaces

236

fastethernet .................................................. 107

Figura 4.11 Instrucción de verificación de las interfaces s

seriales ......................................................... 108

Figura 4.12 Instrucción de verificación del archivo de

configuración del encaminador ..................... 109

Figura 4.13 Instrucción de verificación de tabla de

encaminamiento del encaminador ................ 110

Figura 4.14 Ejemplo de interconexión de 5 Redes

usando 8 Encaminadores ............................. 113

Figura 4.15 Tablas de encaminamiento de los

Encaminadores A, B y C ............................... 115

Figura 4.16 Tablas de encaminamiento de los

Encaminadores D, E y F ............................... 115

Figura 4.17 Tablas de encaminamiento de los

Encaminadores G y H y de la PC X ............... 116

Figura 4.18 Ejemplo interconexión de los Sistemas

Autónomos 1 y 2 .......................................... 120

Figura 4.19 Ejemplos de Protocolos IRP y ERP ................. 122

Figura 4.20 Evolución de los Protocolos de

Encaminamiento .......................................... 124

Figura 4.21 Grafo que describe nodos de la red y

los costos de enlaces .................................... 126

Figura 4.22 Aplicación algoritmo Dijkstra para llegar del

nodo 1 al 6 ................................................... 127

Figura 4.23 Ejemplo de aplicación del algoritmo Bellman

Ford .............................................................. 128

Capítulo 5 Protocolos de Encaminamiento RIP, OSPF y BGP

Figura 5.1 Ejemplo que ilustra problema RIP sobre

cuenta al infinito ............................................ 141

Figura 5.2 Formato estandarizado de un paquete RIP ...... 144

Figura 5.3 Algoritmo de inundación ................................. 147

Figura 5.4 Ejemplo de un grafo dirigido que muestra la

topología de la red .......................................... 148

Figura 5.5 Uso del Algoritmo de Dijkstra de OSFP ........... 149

237

Figura 5.6 Formato estandarizado de un paquete OSPF ... 150

Figura 5.7 Encapsulamiento de un paquete OSPF ........... 151

Figura 5.8 Interior de un paquete OSPF del tipo Hello ...... 152

Figura 5.9 Inundación de paquetes OSFP en una red

multiacceso .................................................... 154

Figura 5.10 División de un sistema autónomo en áreas ... 155

Figura 5.11 Aplicación con los diferentes tipos de

encaminadores OSPF .................................... 157

Figura 5.12 Esquema aproximado de la organización

de los ISPs .................................................... 158

Figura 5.13 Ejemplo de la conexión de distintos Sistemas

Autónomos ................................................... 160

Figura 5.14 Distribución de los Registros Regionales de

Internet RIR .................................................. 162

Figura 5.15 Distribución de asignación de números

de AS de 16 bits (junio de 2015) ................... 163

Figura 5.16 Distribución de asignación de números

de AS de 16 bits (1999-2015) ........................ 163

Figura 5.17 Distribución de asignación de números

de AS de 32 bits (junio de 2015) ................... 164

Figura 5.18 Distribución de asignación de números

de AS de 32 bits (1999-2015) ........................ 165

Figura 5.19 Ejemplo de uso de BGP ................................. 168

Figura 5.20 Comunicación entre el sistema autónomo 7

y el 1 ............................................................ 170

Figura 5.21 Trama conteniendo un paquete BGP ............. 171

Figura 5.22 Cuatro ejemplos de posibles configuraciones

con BGP ....................................................... 173

Figura 5.23 Ejemplo de sistema autónomo de no tránsito 176

Figura 5.24 Instrucciones OSPF para establecer

la relación vecino .......................................... 177

Figura 5.25 Cabecera de Paquete BGP ............................. 178

Figura 5.26 Campos de Código de Error mensaje

Notification ................................................... 181

Figura 5.27 Máquina de estados finito de una sesión BGP 183

Figura 5.28 Instrucción de verificación de vecinos BGP

del encaminador ........................................... 186

238

Capítulo 6 Tecnologías MAN Metro Ethernet y Wi-Max

Figura 6.1 Modelo de referencia Metro Ethernet ............... 208

Figura 6.2 Servicio Ethernet E-Line ................................. 211

Figura 6.3 Servicio Ethernet E-LAN ................................. 212

Figura 6.4 Soluciones de Capa 1 y 2 para el transporte

de Ethernet .................................................... 213

Figura 6.5 Perfiles de ancho de banda en el ETM ............. 215

239

Lista de Tablas:

Capítulo 3 Conmutadores, VLANs y STP

Tabla 3.1 Diversas alternativas de la instrucción show ...... 53

Tabla 3.2 Formato de mensajes de STP .............................. 79

Tabla 3.3 Estado de los puertos STP .................................. 83

Capítulo 5 Protocolos de Encaminamiento RIP, OSPF y BGP

240

Tabla 5.1 Códigos de atributos soportados por CISCO ..... 189

Capítulo 6 Tecnologías MAN MetroEthernet y Wi-Max

Tabla 6.1 Cuadro comparativo entre Ethernet,

Frame Relay y ATM ........................................... 205

Tabla 6.2 Resumen de las tecnologías basadas en el

estándar 802.11 ............................................... 218

Tabla 6.3 Resumen de las tecnologías basadas en el

estándar 802.16 ............................................... 219

Tabla 6.4 Diferencias entre los estándares 802.16 ........... 224

Dispositivos y Protocolos en Redes LAN Y WAN

Abstract

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