Ul rc_cap4_capa de red - encaminamiento ruteo

1341: Redes de Computadoras
Facultad de Ingeniería de Sistemas
Sesión: 4
Ing. José C. Benítez P.
Capa de Red
Routing (Encaminamiento / Ruteo)

Redes de Computadoras - Prof. Ing. Jose C. Benitez P. 2
Sesión 4. Temas
Capa de Red: Encaminamiento / Ruteo
Algoritmos de enrutamiento
Introducción
Clasificación de los AE
Algoritmo Vector Distancia
Algoritmo Estado Enlace
Protocolos de enrutamiento
Concepto de Sistema Autónomo (AS)
Protocolos de routing dentro de un AS
Protocolos de routing entre Ases
Puntos neutros de interconexión
Algoritmos de Enrutamiento
Vector Distancia
RIP
IGRP y EIGRP
BGP
Estado Enlace
IS-IS
OSPF

Sesión 4. Temas
Introducción
Vector Distancia
RIP
IGRP y EIGRP
BGP
Estado Enlace
IS-IS
OSPF

4
Introducción
Las REDES están compuestas de una serie de canales de
comunicación y unos elementos activos de
conmutación (nodos o IMPS).
La L2 se encarga de mover frames de un extremo al otro.
La L3 se encarga de llevar los paquetes desde el origen
hasta el destino. Llegar al destino puede requerir muchos
saltos por enrutadores intermedios.

5
Introducción
Subred de comunicaciones:
Objetivo principal: Facilitar el diálogo entre las estaciones
conectadas a ella.
Función: Debe encargarse de recoger los paquetes que
dichas estaciones (host) transmitan y conducirlos a través
de la red, hasta el destino deseado.
Generalmente, existen varias rutas alternativas posibles y,
por ello, se requiere el uso de un procedimiento (algoritmo)
de enrutamiento.

6
Introducción
Por lo tanto la L3 es la capa mas baja que maneja la Tx
extremo a extremo.
Para lograr su objetivo L3 debe conocer:
la topología de la subred de comunicación y
escoger las trayectorias adecuadas a través de ella;
también debe evitar la sobrecarga de algunas de las LC y
de los enrutadores mientras deja a otros sin trabajo.
Topologías de redes: (estrella, full mesh, arbol, etc.) No se
suele emplear la interconexión total (por su elevado coste),
aunque suele introducirse cierta redundancia para evitar que
un fallo en un enlace aísle partes de la red.
La misión de los elementos de conmutación, denominados
nodos o IMPs (Interface Message Processor), es conducir
la información en cada bifurcación de la red hacia su destino
final. A esta tarea se le denomina enrutamiento,
encaminamiento o routing.

7
Introducción
ROUTING
Puesto que existen más de dos estaciones conectadas a la red, y
hay algunos IMPs conectados a mas de uno de otros IMPs; es
preciso que exista un esquema de selección o
direccionamiento para que se pueda especificar origen y destino
de la información.
Cada estación debe tener una dirección que la identifique de
manera única.
Objetivo: Envío del tráfico desde el origen al destino, de la forma
más rápida posible y con la mínima utilización de recursos.

8
Introducción
CRITERIOS DE ROUTING
La selección de una ruta se basa, generalmente, en algún
criterio de rendimiento.
El criterio más simple es la elección de la ruta más corta,
es decir, la que atraviesa el menor número de IMPs.
Una generalización de este criterio es la ruta de coste
mínimo, en cuyo caso se asocia un coste a cada enlace y
se determina la ruta de menor coste.

9
Introducción
COSTE
La asignación del coste está ligada a objetivos de
diseño.
Por ejemplo:
El costo podría estar asociado a la capacidad del
enlace, en el sentido de asignar costes más bajos a
los enlaces de más alta capacidad.
El coste podría también asignarse en relación con el
tiempo de retardo de la cola para utilizar el
enlace.
En el primer caso, una ruta de coste mínimo
proporcionaría el máximo caudal de datos y
En el segundo caso, una ruta de coste mínimo
minimizaría el retardo.

10
Introducción
TABLAS DE ENRUTAMIENTO
● La información de
enrutamiento se
almacena en estructuras
conocidas como tablas de
enrutamiento.
● Cada IMP de la red tiene
una de estas tablas.
¿Qué contiene las RT?
● Como mínimo, contiene
una entrada por cada
destino posible y
asociado a este, el enlace
de salida que debe
utilizarse para alcanzar el
nodo siguiente de la red
(destino).
Las RT pueden contener además información de
coste asociada a la ruta elegida, rutas
alternativas, etc.

11
Introducción
• Clasificación de estrategias
de enrutamiento atendiendo
a diversos criterios
• Existe una gran diversidad de
AE, con distintos niveles de
sofisticación y eficiencia.
• Esta variedad se debe en parte a
razones históricas y en parte a
las distintas necesidades en
redes diferentes.
ALGORITMOS DE ENRUTAMIENTO 1. Enrutamiento estático o fijo
2. Enrutamiento de camino
múltiple
3. Enrutamiento centralizado
4. Enrutamiento distribuido
5. Enrutamiento óptimo
6. Enrutamiento por Inundación
7. Enrutamiento Patata caliente
8. Enrutamiento por Aprendizaje
retrospectivo
9. Enrutamiento jerárquico
10. Enrutamiento para difusión
11. Enrutamiento Aleatorio
12. Enrutamiento Adaptable
13. etc.

12
Introducción
CLASIFICACION DE LOS ALGORITMOS DE ENRUTAMIENTO
● Los algoritmos adaptables o dinámico (AED).
Basan sus decisiones de enrutamiento en mediciones o
estimaciones del trafico y topología actuales (ON LINE).
Cambian sus decisiones de enrutamiento para reflejar los
cambios de topología y generalmente también el tráfico.
● Los algoritmos no adaptables o estático (AEE).
Donde la decisión de la ruta que se usará para llegar del
origen al destino se calcula por adelantado, fuera de línea
(OUT OF LINE), y se carga en los enrutadores al iniciar la red.
Los algoritmos de enrutamiento pueden dividirse en dos clases principales:
Los routers (enrutadores) modernos usan AED.
El enrutamiento por vector – distancia y el
enrutamiento por estado – enlace son los mas
comunes de AED.

13
AED – Vector Distancia
● El algoritmo de enrutamiento por vector de distancia
(AED-VD) es conocido también como algoritmo de
enrutamiento Bellman-Ford distribuido o algoritmo
de enrutamiento Ford-Fullkerson por los
investigadores que los desarrollaron.
● Este fue el algoritmo original de ARPANET hasta 1979.
● Este algoritmo también se usó en internet con el
nombre de RIP.
● Los enrutadores AppleTalk y Cisco usan protocolos
por vector distancia mejorados.

14
● Los AED-VD operan haciendo que cada enrutador
mantenga una tabla (un vector) que contiene:
la mejor “distancia” conocida a cada destino y
la línea a usar para llegar allí.
● Estas tablas se actualizan intercambiando
información con los enrutadores vecinos.
● En el AED-VD cada enrutador mantiene una tabla
de enrutamiento indexada por, y conteniendo un
registro de cada enrutador de la subred.
Funcionamiento:

15
Funcionamiento:
(a) A subnet.
(b) Input from A, I, H, K, and the new
routing table for J.

16
● Cada entrada comprende dos partes:
La línea preferida de salida hacia ese destino.
Estimación del tiempo o distancia hacia ese
destino.
● La métrica usada podría ser:
La cantidad de escalas (la distancia es una
escala).
El retardo de tiempo en milisegundos (se
mide con paquetes especiales de eco).
El numero total de paquetes encolados por
la trayectoria (se examina cada cola).
Etc.

17
Algoritmo del vector distancia
(o de Bellman-Ford)
Cada router conoce:
Su identificador
Sus interfaces
La distancia hasta el siguiente router de
cada interfaz
Cada router construye su base de datos de
destinos, que indica por que interfaz enviar los
paquetes para cada destino.
Para esto los routers intercambian vectores de
distancia, que indican la distancia a cada
destino

j
k
m
n
Distancia 3
Distancia 2 Distancia 7
Distancia 2
0 5 3 2 19 9 5 22 2 4 7
6 2 0 7 8 5 8 12 11 3 2
5 8 3 2 10 7 4 20 5 0 15
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Recibido de j (+3):
Recibido de k (+2):
Recibido de m (+2):
Recibido de n (+7):
Distancia mínima:
Interfaz de salida:
12 3 15 3 12 5 6 18 0 7 15
Destino:
4
9
10
1
3
Ejemplo del algoritmo de vector distancia
2 6 5 0 12 8 6 19 3 2 9
m j m 0 k j k n j k n

Dist. 1
A se enciende
Dist. 1
El problema de la cuenta a infinito
C
0 1 ∞∞∞∞
0 1 2
- 3 4
- 5 4
- 5 6
- 7 6
- 7 8
- 9 8
. . .
. . .
. . .
A
0 ∞∞∞∞ ∞∞∞∞
- ∞∞∞∞ ∞∞∞∞Distancias hacia A
- 3 2
A se apaga
B
- ∞∞∞∞ ∞∞∞∞

20
Problema de cuenta a infinito
Las noticias buenas viajan deprisa, las malas
despacio.
Hay diversos ‘trucos’ para evitar el problema de
la cuenta a infinito, pero ninguno infalible.
El vector distancia se utiliza actualmente en
diversos protocolos de routing:
Internet: RIP, BGP, IGRP, EIGRP
También en Appletalk y versiones antiguas de
DECNET e IPX

21
Algoritmo del estado del enlace
Cada router contacta con sus vecinos y mide su ‘distancia’
a ellos.
Construye un paquete LSP (Link State Packet) que dice:
Quién es él
La lista de sus vecinos y sus distancias a ellos
Envía su LSP por inundación a todos los routers de la red
Recaba los LSPs de todos los demás nodos
Calcula las rutas óptimas por el algoritmo de Dijkstra:
Se pone él mismo como raíz del árbol, y coloca a sus
vecinos
Mira los LSP de sus vecinos y despliega el árbol;
cuando aparece más de un camino hacia un nodo se
coge el más corto y se descartan los demás.
Las ramas son en principio provisionales. Una rama se
confirma cuando es más corta que todas los demás
provisionales.

A
B/6
D/2
B
A/6
C/2
E/1
C
B/2
F/2
G/5
D
A/2
E/2
E
B/1
D/2
F/4
F
C/2
E/4
G/1
G
C/5
F/1
Link
State
Packets
D
A
E F
G
CB
2
4
5
26
1
2 1
2
Algoritmo del estado del enlace
(Dijkstra)

C(0)
G(5)B(2) F(2)
Coloca C en el árbol.
Examina el LSP de C
G(5)
C(0)
B(2) F(2)
G(3) E(6)
Coloca F en el árbol.
Examina el LSP de F.
Encontrado mejor camino a G
C(0)
B(2) F(2)
G(3) E(6)A(8) E(3)
Coloca B en el árbol.
Examina el LSP de B.
Encontrado mejor camino a EC(0)
B(2) F(2)
G(3)
D(5)
E(3)A(8)
Coloca E en el árbol.
Examina el LSP de E.
C(0)
B(2) F(2)
G(3)
D(5)
E(3)A(8)
Coloca G en el árbol.
Examina el LSP de G.
E(3)
C(0)
B(2) F(2)
G(3)
D(5)
A(8)
A(7)
Coloca D en el árbol.
Examina el LSP de D.
E(3)
C(0)
B(2) F(2)
G(3)
D(5)
A(7)
Coloca A en el árbol.
Examina el LSP de A.
No quedan nodos. terminar
Algoritmo
de
Dijkstra
A
B/6
D/2
B
A/6
C/2
E/1
C
B/2
F/2
G/5
D
A/2
E/2
E
B/1
D/2
F/4
F
C/2
E/4
G/1
G
C/5
F/1

Árbol de rutas óptimas desde C para la red ejemplo
C
A
G
D E F
CB
6
2
2
2
1
4
1
2
5
B
E
D
A
F
G
Enlaces no utilizados

25
Optimizaciones del algoritmo de
estado del enlace
Los LSP se numeran para detectar y descartar
duplicados. Además tienen un tiempo de vida
limitado.
La inundación se hace reenviando cada LSP
por todas las interfaces excepto por la que se
recibió.
Para evitar bucles solo se envían los LSP que
son nuevos (nuevo = no estaba en la base de
datos) y no están expirados.
Con routing por el estado del enlace cada
nodo tiene el ´mapa´detallado de toda la red
(no ocurría con vector distancia).

26
Routing por estado del enlace
Generalmente se considera que los algoritmos
del estado del enlace son mas fiables y
eficientes que los del vector distancia.
Se utiliza en diversos protocolos de routing:
Internet: OSPF, IS-IS
ATM: PNNI
DECNET

Sesión 4. Temas
Introducción
Vector Distancia
RIP
IGRP y EIGRP
BGP
Estado Enlace
IS-IS
OSPF

28
Sistema Autónomo
Un Sistema Autónomo (AS) está formado por
un conjunto de routers que tienen:
Un protocolo de routing común
Una gestión común
Normalmente cada proveedor u operador tiene
su propio sistema autónomo.
También las grandes organizaciones (las que
están conectadas a más de un proveedor).
El AS se identifica por un número de 16 bits. Los
valores del 64512 al 65535 están reservados
para uso privado (RFC 1930). Ej.: RedIRIS: 766.
Univ. Valencia: 65432

29
InternetProveedor Y Proveedor Z
Empresa X
AS
147
AS
504
AS
812
Con un AS propio
la empresa X
puede elegir la
ruta óptima en
cada momento
para cada destino
Organización
‘multihomed’

Sesión 4. Temas
Introducción
Vector Distancia
RIP
IGRP y EIGRP
BGP
Estado Enlace
IS-IS
OSPF

31
Protocolos de routing
Vector distancia
RIP
IGRP y EIGRP
BGP (entre Sistemas Autónomos)
Estado del enlace
IS-IS
OSPF

32
RIP (Routing Information Protocol)
Sufre los problemas típicos del vector distancia
(cuenta a infinito)
Solo útil en redes pequeñas (5-10 routers)
Métrica basada en número de saltos
únicamente. Máximo 15 saltos
La información se intercambia cada 30
segundos. Los routers tienden a sincronizarse y
la red se bloquea cuando ocurre el intercambio.
No soporta subredes ni máscaras de tamaño
variable (si en RIPv2)
No permite usar múltiples rutas
simultáneamente
Disponible en máquinas UNIX

33
IGRP (Interior Gateway Routing Protocol)
y EIGRP (Enhanced IGRP)
Protocolos propietarios de Cisco
Resuelven muchos de los problemas de RIP
Métrica sofisticada
Uso de múltiples caminos
Mejoras EIGRP
Soporta subredes
Solo transmite modificaciones
Incluyen soporte multiprotocolo
Se utilizan en muchas redes (ej. RedIRIS, UV)

34
OSPF (Open Shortest Path First)
Desarrollado por el IETF entre 1988-1990
Estado del enlace, algoritmo de Dijkstra
Dos niveles jerárquicos (áreas):
Area 0 o backbone (obligatoria)
Areas adicionales (opcionales)
Resuelve los problemas de RIP:
Rutas de red, subred y host (máscaras de
tamaño variable)
Métricas complejas
Múltiples rutas
Las rutas elegidas pueden no ser simétricas.

35
Clases de routers en OSPF:
Routers backbone: los que se
encuentran en el area 0
Routers internos: pertenecen
únicamente a un área
Routers frontera de área: los que
conectan dos o mas áreas (una de ellas
necesariamente el backbone)
Routers frontera de AS: los que
conectan con otros ASes. Pueden estar en
el backbone o en cualquier otra área

36
Tipos de rutas en OSPF:
Intra-área: las determina directamente el
router
Inter-área: se resuelven en tres fases:
Ruta hacia el backbone
Ruta hacia el área de destino en el
backbone
Ruta hacia el router en el área de
destino
Inter-AS: se envían al router frontera
más próximo (empleando alguna de las
dos anteriores).

37
A
otros
ASes
Router
Backbone
Router Frontera
De Sistema
Autónomo
Router
Frontera de Area
Router
Interno
A
F
G H
E
D
B
C
Area 0
(Backbone)
Area 1
Area 2
Ruta intra-área: D-G-H
Ruta inter-área: F-C,C-A-D,D-G-H
Ruta inter-AS: A-D,D-G-H, H-...
Funcionamiento de OSPF

38
IS-IS (Intermediate System-
Intermediate System)
Intermediate-System significa router en
‘ISOese’ (host es ES, End System)
Muy similar a OSPF, pero no es estándar
Internet
Ocho niveles jerárquicos posibles
Soporte Multiprotocolo (routing integrado).
OSPF no lo tiene.

39
SI8SISISIEstado E.IS-IS
SI2SISISIEstado E.OSPF
NONOSISISIVector D.EIGRP
NONONOSINOVector D.IGRP
SINONONOSIVector D.RIPv2
SINONONONOVector D.RIPv1
EstándarNiveles
jerárquicos
Notifica
Actualiz.
Métrica
compleja
SubredesAlgoritmoProtocolo
Comparación de los protocolos de routing
utilizados en Internet

40
Protocolo de routing externo (entre
ASes): BGP (Border Gateway Protocol)
Necesario incluir factores ‘políticos’ en el
cálculo de rutas entre Ases. Otros protocolos.
Hasta 1990 se usaba EGP (Exterior Gateway
Protocol).
En 1989 se desarrolló BGP. Hoy BGP-4
Usado por prácticamente todos los proveedores
en la comunicación de rutas entre Ases.

41
BGP (Border Gateway Protocol)
Algoritmo de vector distancia modificado:
además de la interfaz y el costo se incluye la
ruta completa en cada caso.
El router descarta las rutas que pasan por él
mismo, así evita el problema de la cuenta a
infinito.
Permite introducir restricciones o reglas
‘políticas’. Una ruta que viola estas reglas
recibe una distancia infinito.

42
F
Ruta óptima de B a G.
Información recibida
por B de sus vecinos:
FE
B
G
D
A
C
2
2
∞∞∞∞
3
1
1
2
1
1
Conjunto de routers BGP
AS 1
AS 4 AS 5
AS 2
AS 7
AS 3
AS 6
Interfaz Distancia Ruta
i 3 ADG
j 2 DG
k 6 EBADG
m 5 CBADG
i
j
k
m
Se
descartan
Ruta óptima: BADG, distancia 4

Sesión 4. Routing
Redes de Computadoras

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