Una de las principales funciones
de la capa de Red es proveer un mecanismo para direccionar hosts. A medida que
crece el número de hosts de la red, se requiere más planificación para
administrar y direccionar la red.
División de redes
En lugar de tener todos los hosts
conectados en cualquier parte a una vasta red global, es más práctico y
manejable agrupar los hosts en redes específicas. Históricamente, las redes
basadas en IP tienen su raíz como una red grande. Como esta red creció, también
lo hicieron los temas relacionados con su crecimiento. Para aliviar estos
problemas, la red grande fue separada en redes más pequeñas que fueron
interconectadas. Estas redes más pequeñas generalmente se llaman subredes.
Red y subred son términos utilizados
indistintamente para referirse a cualquier sistema de red hecho posible por los
protocolos de comunicación comunes compartidos del modelo TCP/IP.
De manera similar, a medida que
nuestras redes crecen, pueden volverse demasiado grandes para manejarlas como
una única red. En ese punto, necesitamos dividir nuestra red. Cuando planeamos
la división de la red, necesitamos agrupar aquellos hosts con factores comunes
en la misma red.
Las redes pueden agruparse
basadas en factores que incluyen:
Ubicación geográfica,
Propósito, y
Propiedad.
Agrupación de hosts de manera
geográfica
Podemos agrupar hosts de redes
geográficamente. El agrupamiento de hosts en la misma ubicación, como cada
construcción en un campo o cada piso de un edificio de niveles múltiples, en
redes separadas puede mejorar la administración y operación de la red.
Agrupación de hosts para
propósitos específicos
Los usuarios que tienen tareas
similares usan generalmente software común, herramientas comunes y tienen
patrones de tráfico común.
El volumen del tráfico de datos
de la red generado por las diferentes aplicaciones puede variar
significativamente. Dividir redes basadas en el uso facilita la ubicación
efectiva de los recursos de la red así como también el acceso autorizado a esos
recursos.
Agrupación de hosts para
propiedad
Utilizar una base organizacional
(compañía, departamento) para crear redes ayuda a controlar el acceso a los
dispositivos y datos como también a la administración de las redes. En una red
grande, es mucho más difícil definir y limitar la responsabilidad para el
personal de la red. Dividir hosts en redes separadas provee un límite de
cumplimiento y administración de seguridad de cada red.
5.2.2 por que separa hosts de redes? Rendimiento
Como se mencionó anteriormente, a
medida que las redes crecen, presentan problemas que pueden reducirse al menos
parcialmente dividiendo la red en redes interconectadas más pequeñas.
Los problemas comunes con las
redes grandes son:
Degradación de rendimiento
Temas de seguridad
Administración de direcciones
Mejoramiento del rendimiento
Grandes números de hosts
conectados a una sola red pueden producir volúmenes de tráfico de datos que
pueden extender, si no saturan, los recursos de red como la capacidad de ancho
de banda y enrutamiento.
La división de grandes redes para
que los host que necesitan comunicarse estén agrupados reduce el tráfico a
través de los internetworks.
Los broadcasts están contenidos
dentro de una red. En este contexto, a una red también se la conoce como un
dominio de broadcast. La administración del tamaño de los dominios broadcast
dividiendo una red en subredes asegura que el rendimiento de la red y de los
host no se degraden hasta niveles
inaceptables.
5.2.3 por que separa hosts de redes? Seguridad
La red basada en IP, que luego se
convirtió en Internet, antiguamente tenía un pequeño número de usuarios
confiables en agencias gubernamentales de EE.UU. y las organizaciones de
investigación por ellas patrocinadas. En esta pequeña comunidad, la seguridad
no era un problema importante.
La situación ha cambiado porque
las personas, las empresas y las organizaciones han desarrollado sus propias
redes IP que se conectan a Internet. Los dispositivos, servicios,
comunicaciones y datos son propiedad de esos dueños de redes. Los dispositivos
de red de otras compañías y organizaciones no necesitan conectarse a su red.
La división de redes basada en la
propiedad significa que el acceso a y desde los recursos externos de cada red puede
estar prohibidos, permitidos o monitoreados.
5.2.4 por que separa hosts de redes? Administración de direcciones
Internet está compuesta por
millones de hosts y cada uno está identificado por su dirección única de capa
de red. Esperar que cada host conozca la dirección de cada uno de los otros
hosts sería imponer una carga de procesamiento sobre estos dispositivos de red
que degradarían gravemente su rendimiento.
Dividir grandes redes para que
estén agrupados los hosts que necesitan comunicarse, reduce la carga
innecesaria de todos los hosts para conocer todas las direcciones.
Para todos los otros destinos,
los hosts sólo necesitan conocer la dirección de un dispositivo intermediario
al que envían paquetes para todas las otras direcciones de destino. Este
dispositivo intermediario se denomina gateway. El gateway es un router en una
red que sirve como una salida desde esa red.
5.2.5 por que separa hosts de redes? Direccionamiento jerárquico
Para poder dividir redes,
necesitamos el direccionamiento jerárquico. Una dirección jerárquica identifica
cada host de manera exclusiva. También tiene niveles que ayudan a enviar
paquetes a través de internetworks, lo que permite que una red sea dividida en
base a esos niveles.
Consideremos el caso de enviar
una carta de Japón a un empleado que trabaja en Cisco Systems, Inc.
La carta estaría dirigida de la
siguiente manera:
Nombre del empleado
Cisco Systems, Inc.
170 West Tasman Drive
San Jose, CA 95134
USA
Cuando una carta se envía por
correo postal en el país de origen, la autoridad postal sólo observaría el país
de destino y notaría que la carta está destinada para EE. UU. En este nivel, no
se necesita ningún otro detalle de dirección.
Cuando llega a EE.UU., la oficina
postal primero observa el estado, California. La ciudad, calle, y nombre de la
compañía no serían analizados si la carta todavía necesitara ser enviada al
estado correcto. Una vez que la carta llega a California, será enviada a San
Jose. Allí la portadora de correo local podría tomar la carta hacia West Tasman
Drive y luego consultar la dirección y entregarla al 170. Cuando la carta esté
realmente en las instalaciones de Cisco, se podría utilizar el nombre del
empleado para enviarla a su último destino.
Las direcciones jerárquicas de la
red funcionan de manera muy similar. Las direcciones de la Capa 3 suministran
la porción de la red de la dirección. Los routers envían paquetes entre redes
refiriéndose sólo a la parte de la dirección de la capa de Red que se requiere
para enviar el paquete hacia la red de destino. Para cuando llega el paquete a
la red del host de destino, la dirección de destino completa del host habrá
sido utilizada para entregar el paquete.
5.2.6 División de redes: Redes a partir de redes
Si se tiene que dividir una red
grande, se pueden crear capas de direccionamiento adicionales. Usar
direccionamiento jerárquico significa que se conservan los niveles más altos de
la dirección; con un nivel de subred y luego el nivel de host.
La dirección lógica IPv4 de 32
bits es jerárquica y está constituida por dos partes. La primera parte
identifica la red y la segunda parte identifica al host en esa red. Se requiere
de las dos partes para completar una dirección IP.
Por comodidad, las direcciones
IPv4 se dividen en cuatro grupos de ocho bits (octetos). Cada paso se convierte
a su valor decimal y la dirección completa escrita como los cuatro valores
decimales separados por punto (período).
5.3.1 Parámetros de dispositivos. Como respaldar la comunicación fuera
de nuestra red.
Dentro de una red o subred, los
hosts se comunican entre sí sin necesidad de un dispositivo intermediario de
capa de red. Cuando un host necesita comunicarse con otra red, un dispositivo
intermediario o router actúa como un gateway hacia la otra red.
Como parte de su configuración,
un host tiene una dirección de gateway por defecto definida. Como se muestra en
la figura, esta dirección de gateway es la dirección de una interfaz de router
que está conectada a la misma red que el host.
El router también necesita una
ruta que defina dónde enviar luego el paquete. A esto se lo denomina dirección
del siguiente salto. Si una ruta está disponible al router, el router enviará
el paquete al router del próximo salto que ofrece una ruta a la red de destino.
5.3.2 Paquetes IP. Como llevar datos de extremo a extremo
La función de la capa de Red es
transferir datos desde el host que origina los datos hacia el host que los usa.
Durante la encapsulación en el host origen, un paquete IP se construye en la
Capa 3 para transportar el PDU de la Capa 4. Si el host de destino está en la
misma red que el host de origen, el paquete se envía entre dos hosts en el
medio local sin la necesidad de un router.
Sin embargo, si el host de
destino y el host de origen no están en la misma red, el paquete puede llevar
una PDU de la capa de Transporte a través de muchas redes y muchos routers. Si
es así, la información que contiene no está alterada por ningún router cuando
se toman las decisiones de envío.
En cada salto, las decisiones de
envío están basadas en la información del encabezado del paquete IP. El paquete
con su encapsulación de capa de Red también se mantiene básicamente intacto a
través de todo el proceso desde el host de origen hasta el host de destino.
Si la comunicación se produce
entre dos hosts de diferentes redes, la red local envía el paquete desde el
origen hasta su router del gateway. El router examina la porción de la red de
la dirección de destino del paquete y envía el paquete a la interfaz adecuada.
Si la red de destino está conectado directamente a este router, el paquete es
enviado directamente a ese host. Si la red de destino no está conectada
directamente, el paquete es enviado a un segundo router, que es el router del
siguiente salto.
El paquete que se envía pasa a
ser responsabilidad de este segundo router. Muchos routers o saltos a lo largo
del camino puede procesar el paquete antes de llegar a destino.
5.3.3 Gateway: Salida de nuestra red
El gateway, también conocido como
gateway por defecto, es necesario para enviar un paquete fuera de la red local.
Si la porción de red de la dirección de destino del paquete es diferente de la
red del host de origen, el paquete tiene que hallar la salida fuera de la red
original. Para esto, el paquete es enviado al gateway. Este gateway es una
interfaz del router conectada a la red local. La interfaz del gateway tiene una
dirección de capa de Red que concuerda con la dirección de red de los hosts.
Los hosts están configurados para reconocer que la dirección es un gateway.
Gateway por defecto
El gateway por defecto está
configurado en el host. En una computadora con Windows, se usan las
herramientas de las Propiedades del Protocolo de Internet (TCP/IP) para
ingresar la dirección IPv4 del gateway por defecto. Tanto la dirección IPv4 de
host como la dirección de gateway deben tener la misma porción de red (y subred
si se utiliza) de sus respectivas direcciones. Confirmación del gateway y la
ruta
La dirección IP desde el gateway
por defecto de un host se puede ver introduciendo los comandos ipconfig o route
en la línea de comandos de un computadora con Windows. El comando de ruta
también se usa en un host Linux o UNIX.
Ningún paquete puede ser enviado
sin una ruta.Si el paquete se origina en un host o se reenvía por un
dispositivo intermediario, el dispositivo debe tener una ruta para identificar
dónde enviar el paquete.
Un host debe reenviar el paquete
ya sea al host en la red local o al gateway, según sea lo adecuado. Para
reenviar los paquetes, el host debe tener rutas que representan estos destinos.
Un router toma una decisión de
reenvío para cada paquete que llega a la interfaz del gateway. Este proceso de
reenvío es denominado enrutamiento. Para reenviar un paquete a una red de
destino, el router requiere una ruta hacia esa red. Si una ruta a una red de
destino no existe, el paquete no puede reenviarse.
La red de destino puede ser un
número de routers o saltos fuera del gateway. La ruta hacia esa red sólo
indicaría el router del siguiente salto al cual el paquete debe reenviarse, no
el router final. El proceso de enrutamiento usa una ruta para asignar una
dirección de red de destino hacia el próximo salto y luego envía el paquete
hacia esta dirección del próximo salto.
5.3.4 Ruta. El camino hacia una red
Una ruta para paquetes para
destinos remotos se agrega usando la dirección de gateway por defecto como el
siguiente salto. Aunque usualmente no se hace, un host puede tener también
rutas agregadas manualmente a través de configuraciones.
La tabla de enrutamiento almacena
la información sobre las redes conectadas y remotas. Las redes conectadas está
directamente adjuntas a una de las interfaces del router. Estas interfaces son
los gateways para los hosts en las diferentes redes locales. Las redes remotas
son redes que no están conectadas directamente al router. Las rutas a esas
redes se pueden configurar manualmente en el router por el adminitrador de red
o aprendidas automáticamente utilizando protocolos de enrutamiento dinámico.
Los routers en una tabla de
enrutamiento tienen tres características principales:
Red de destino,
Próximo salto, y
Métrica.
El router combina la dirección de
destino en el encabezado del paquete con la red de destino de una ruta en la
tabla de enrutamiento y envía el paquete al router del próximo salto
especificado por esa ruta. Si hay dos o más rutas posibles hacia el mismo
destino, se utiliza la métrica para decidir qué ruta aparece en la tabla de
enrutamiento.
Como sabemos, los paquetes no
pueden reenviarse por el router sin una ruta. La ruta default se usa cuando la
ruta de destino no está representada por ninguna otra ruta en la tabla de
enrutamiento.
Tabla de enrutamiento de host
Un host crea las rutas usadas
para reenviar los paquetes que origina. Estas rutas derivan de la red conectada
y de la configuración del gateway por defecto.
Los hosts agregan automáticamente
todas las redes conectadas a las rutas. Estas rutas para las redes locales
permiten a los paquetes ser entregados a los hosts que están conectados a esas
redes.
En algunos casos, puede necesitar
indicar rutas más específicas desde un host. Puede utilizar las siguientes
opciones para el comando de ruta para modificar el contenido de la tabla de
enrutamiento:
route ADD
route DELETE
route CHANGE
5.3.5 Red de destino
Entradas en la tabla de
enrutamiento
La red de destino que aparece en
la entrada de la tabla de enrutamiento, llamada ruta, representa un rango de
direcciones de hosts y, algunas veces, un rango de direcciones de red y de
host.
La naturaleza jerárquica del
direccionamiento de la Capa 3 significa que una entrada de ruta podría referirse
a una red general grande y otra entrada podría referirse a una subred de la
misma red. Cuando se reenvía un paquete, el router seleccionará la ruta más
específica.
Se usaría la cuarta y más
específica dirección. Sin embargo, para otra carta donde el número de la calle
es desconocido, la tercera opción suministraría la mejor coincidencia de
dirección.
De la misma forma, un paquete
destinado a la subred de una red más grande sería enrutado usando la ruta a la
subred. No obstante, un paquete direccionado a una subred diferente dentro de
la misma red más grande sería enrutado usando la entrada más general.
Si un paquete llega a un router
con una dirección de destino de 10.1.1.55, el router reenvía el paquete al
router del siguiente salto asociado con una ruta a la red 10.1.1.0. Si una ruta
a 10.1.1.0 no está enumerada en el enrutamiento, pero está disponible una ruta
a 10.1.0.0, el paquete se reenvía al router del siguiente salto para esa red.
Entonces, la prioridad de la
selección de una ruta para el paquete que va a 10.1.1.55 sería:
1. 10.1.1.0
2. 10.1.0.0
3. 10.0.0.0
4. 0.0.0.0 (ruta default si
estuviera configurada)
5. Descartada
Ruta default
Un router puede ser configurado
para que tenga una ruta default. Una ruta default es una ruta que coincida con
todas las redes de destino. En redes IPv4 se usa la dirección 0.0.0.0 para este
propósito. La ruta default se usa para enviar paquetes para los que no hay
entrada en la tabla de enrutamiento para la red de destino. Los paquetes con
una dirección de red de destino que no combinan con una ruta más específica en
la tabla de enrutamiento son enviados al router del próximo salto asociados con
la ruta por defecto.
5.3.6 Siguiente salto: Donde se envía luego el paquete
Un siguiente salto es la
dirección del dispositivo que procesará luego el paquete. Para un host en una
red, la dirección de gateway por defecto (interfaz de router) es el siguiente
salto para todos los paquetes destinados a otra red.
En la tabla de enrutamiento de un
router, cada ruta enumera un siguiente salto para cada dirección de destino
abarcada por la ruta. A medida que cada paquete llega al router, la dirección
de la red de destino es analizada y comparada con las rutas en la tabla de
enrutamiento. Cuando se determina una ruta coincidente, la dirección del
siguiente salto para esa ruta se usa para enviar el paquete hacia ese destino.
El router luego envía el paquete hacia la interfaz a la cual está conectado el
router del siguiente salto. El router del siguiente salto es el gateway a las
redes fuera del destino intermedio.
5.3.7 Envió de paquetes: Traslado de paquetes a su destino
El enrutamiento se hace paquete
por paquete y salto por salto. Cada paquete es tratado de manera independiente
en cada router a lo largo de la ruta. En cada salto, el router analiza la
dirección IP de destino para cada paquete y luego controla la tabla de
enrutamiento para reenviar información.
El router hará una de tres cosas
con el paquete:
Envíelo al router del próximo
salto
Envíelo al host de destino
Descártelo
Examen del paquete
Como dispositivo intermediario,
un router procesa el paquete en la Capa de red. No obstante, los paquetes que
llegan a las interfaces del router están encapsulados como PDU (Capa 2) de la
capa de Enlace de datos.
Selección del siguiente salto
En el router, se analiza la
dirección de destino en el encabezado del paquete. Si una ruta coincidente en
la tabla de enrutamiento muestra que la red de destino está conectada
directamente al router, el paquete es reenviado a la interfaz a la cual está
conectada la red. En este caso, no existe siguiente salto. Para ubicarlo en la
red conectada, el paquete primero debe ser reencapsulado por el protocolo de la
Capa 2 y luego reenviado hacia la interfaz.
Si la ruta que coincide con la
red de destino del paquete es una red remota, el paquete es reenviado a la
interfaz indicada, encapsulado por el protocolo de la Capa 2 y enviado a la
dirección del siguiente salto.
Uso de una ruta default
Si la tabla de enrutamiento no
contiene una entrada de ruta más específica para un paquete que llega, el
paquete se reenvía a la interfaz indicada por la ruta default, si la hubiere.
En esta interfaz, el paquete es encapsulado por el protocolo de la Capa 2 y es
enviado al router del siguiente salto. La ruta default es también conocida como
Gateway de último recurso.
Las rutas default son importantes
porque el router del gateway no siempre tiene una ruta a cada red posible en
Internet. Si el paquete es reenviado usando una ruta default, eventualmente
llegará a un router que tiene una ruta específica a la red de destino. Este
router puede ser el router al cual esta red está conectada. En este caso, este
router reenviará el paquete a través de la red local hacia el host de destino.
A medida que el paquete pasa a
través de saltos en la internetwork, todos los routers necesitan una ruta para
reenviar un paquete. Si, en cualquier router, no se encuentra una ruta para la
red de destino en la tabla de enrutamiento y no existe una ruta default, ese
paquete se descarta.
IP no tiene previsto devolver el
paquete al router anterior si un router particular no tiene dónde enviar el
paquete. Tal función va en detrimento de la eficiencia y baja sobrecarga del
protocolo. Se utilizan otros protocolos para informar tales errores.
5.4.1 Protocolo de enrutamiento: como compartir rutas
El enrutamiento requiere que cada
salto o router a lo largo de las rutas hacia el destino del paquete tenga una
ruta para reenviar el paquete. De otra manera, el paquete es descartado en ese
salto. Cada router en una ruta no necesita una ruta hacia todas las redes. Sólo
necesita conocer el siguiente salto en la ruta hacia la red de destino del
paquete.
5.4.2 Enrutamiento estatico
Las rutas a redes remotas con los
siguientes saltos asociados se pueden configurar manualmente en el router. Esto
se conoce como enrutamiento estático. Una ruta default también puede ser
configurada estáticamente.
Si el router está conectado a
otros routers, se requiere conocimiento de la estructura de internetworking.
Para asegurarse de que los paquetes están enrutados para utilizar los mejores
posibles siguientes saltos, cada red de destino necesita tener una ruta o una
ruta default configurada. Como los paquetes son reenviados en cada salto, cada
router debe estar configurado con rutas estáticas hacia los siguientes saltos
que reflejan su ubicación en la internetwork.
Un ejemplo de rutas que comparten
un router.
Entre los protocolos de enrutamiento
comunes se incluyen:
protocolo de información de
enrutamiento (RIP),
protocolo de enrutamiento de
gateway interior mejorado (EIGRP), y
Open Shortest Path First (OSPF).
Aunque los protocolos de
enrutamiento proveen routers con tablas de enrutamiento actualizadas, existen
costos. Primero, el intercambio de la información de la ruta agrega una
sobrecarga que consume el ancho de banda de la red. Esta sobrecarga puede ser
un problema, particularmente para los enlaces del ancho de banda entre routers.
Segundo, la información de la ruta que recibe un router es procesada
extensamente por protocolos como EIGRP y OSPF para hacer las entradas a las
tablas de enrutamiento.
El enrutamiento estático no
produce sobrecarga de la red ni ubica entradas dinamicamente en la tabla de
enrutamiento; el router no necesita ningún tipo de procesamiento. El costo para
un enrutamiento estático es administrativo, la configuración manual y el
mantenimiento de la tabla de enrutamiento aseguran un enrutamiento eficiente y
efectivo.
En muchas internetworks, la
combinación de rutas estáticas, dinámicas y default se usa para proveer las
rutas necesarias. La configuración de los protocolos de enrutamiento en routers
es un componente integral del CCNA y será cubierta extensivamente en un curso
posterior.
