Conceptos Esenciales de Redes y Telecomunicaciones: Fundamentos y Protocolos Clave

Registros Regionales de Internet (RIR)

Organizaciones independientes que dan soporte a Internet coordinando los recursos en una región geográfica. Desarrollan políticas consistentes y promueven las buenas prácticas para Internet. Asignan y supervisan direcciones IP y números de Sistemas Autónomos (AS).

Existen cinco regiones principales:

• Norteamérica (ARIN)
• América Central y Sudamérica (LACNIC)
• Europa y Rusia (RIPE NCC)
• África (AFRINIC)
• Asia y Oceanía (APNIC)

No gestionan nombres de dominio; de eso se encarga ICANN.

Registros Locales de Internet (LIR)

Son miembros de los RIRs, organizaciones a las que se les ha asignado un bloque de direcciones IP por un RIR y que, a su vez, asignan la mayor parte de este bloque a sus clientes. La mayoría son ISPs, empresas o instituciones académicas.

Configuración de Direcciones IP

Configuración Stateless (Sin Estado)

El host utiliza el prefijo de red y la máscara para la creación de su dirección IP. Esta dirección es publicada por los dispositivos y routers. Utiliza la dirección MAC para completar la identificación.

Configuración Stateful (Con Estado)

Asigna una dirección IP y sus correspondientes parámetros a través de un servidor DHCPv6 de manera dinámica, siempre y cuando hayan sido configurados con antelación.

Criptografía de Clave Simétrica

El emisor y el receptor comparten la misma clave secreta. Un KDC (Key Distribution Center) es el centro de confianza encargado de distribuir una clave segura para ambos.

Planos de Red

Plano de Control

Cualquier protocolo o algoritmo que "dibuja" la topología de la red, es decir, el mapa de la red. Ejemplos incluyen RIP, BGPv4 y OSPF.

Plano de Reenvío (Forwarding Plane)

Decide qué hacer con el paquete de datos que recibe. Incluye algoritmos de planificación (scheduling) como FIFO y WFQ, la función de reenvío y la gestión de la clasificación de paquetes. También puede incluir APIs que permiten configurar cualquier característica ofrecida por el router.

Protocolos de Enrutamiento de Estado de Enlace

Los protocolos de estado de enlace envían información de conectividad y reaccionan rápidamente a los cambios en los enlaces, en contraste con los protocolos de vector-distancia que envían la distancia actual a un nodo. La conectividad de un enlace se traduce en un nombre y un coste. Sus características principales son:

• Descubrimiento de vecinos mediante protocolos Hello.
• Cada nodo aprende la topología completa de la red mediante flooding de LSP (Link State Packets) o LSD (Link State Database).
• Cálculo del camino de coste mínimo utilizando el algoritmo de Dijkstra.
• Cálculo del mejor siguiente salto (next hop) utilizando la Base de Datos de Estado de Enlace (LSDB).

Componentes de Mensajes OSPF

• LSA (Link State Advertisement): Datos que describen la topología de la red o el estado del router local. Para cada router, incluye el estado de sus interfaces y adyacencias.
• DBD (Database Description): Describe el contenido de la Base de Datos de Estado de Enlace (LSDB).
• LSR (Link State Request): Peticiones de partes específicas de la LSDB.
• LSU (Link State Update): Respuesta a un LSR, conteniendo las partes solicitadas de la LSDB.
• LSACK (Link State Acknowledgment): Confirmación de las actualizaciones de estado de enlace recibidas.

Escalabilidad en BGP (Border Gateway Protocol)

• Split Horizon: Los prefijos aprendidos por un router iBGP no se propagan a otros vecinos iBGP.
• Malla Completa (Full Mesh) iBGP: Para evitar bucles y asegurar la propagación de rutas, todos los routers iBGP deben tener una sesión con todos los demás.
• Optimizaciones de Full Mesh iBGP:
  • Router Reflector (RR): Reduce el número de conexiones necesarias en una malla iBGP. Un RR actúa como un punto central al que se conectan otros routers (clientes). Puede haber más de un RR para redundancia. Los clientes del RR no necesitan formar una malla completa entre sí, solo con el RR.
  • Confederaciones: Permiten crear "mini-AS" utilizando números de AS privados dentro de un AS principal. Estos mini-AS forman una malla completa eBGP entre sí, pero se presentan al exterior como un único AS.

Manipulación de Atributos BGP

• AS_PATH Prepending: Es la manipulación del atributo AS_PATH de una ruta BGP, generalmente incrementando el número de AS en el camino para hacer una ruta menos preferible. Su uso depende de las políticas de enrutamiento entre organizaciones.
• Local Preference (LocPref): Utilizado para influir en la selección de rutas de salida (outbound traffic) dentro de un Sistema Autónomo, permitiendo escoger el enlace de salida preferido.

Cálculo de Capacidad de Red: Over-subscription y Throughput

El ratio de over-subscription se calcula dividiendo el número total de conexiones de servidor por los accesos agregados. Se expresa como:

N * Velocidad_Servidor <= M * Velocidad_Agregada

Donde N es el número de servidores y M es el número de enlaces agregados.

El throughput (rendimiento) se calcula como:

Throughput = (N * Velocidad_Servidor) / M

Ejemplo:

• 4 enlaces de 10 Gb agregados.
• 96 puertos de 1 Gb.

Cálculo de over-subscription:

4 * 10 Gb < 96 * 1 Gb

40 Gb < 96 Gb

Over-subscription ratio = 96 Gb / 40 Gb = 2.4:1

Esto significa que por cada 1 Gbps de capacidad agregada, hay 2.4 Gbps de demanda potencial.

Cálculo de throughput por puerto:

Throughput por puerto = (4 * 10 Gb) / 96 puertos = 40 Gb / 96 puertos ≈ 0.416 Gbps/puerto = 416 Mbps/puerto

Protocolo Spanning Tree (STP)

El Protocolo Spanning Tree (STP) evita la formación de bucles en la red y gestiona enlaces redundantes. Lo hace bloqueando ciertos puertos para asegurar que la topología de la red sea un árbol (tree).

Roles de Puertos y Componentes Clave:

• Root Bridge (RB): El puente raíz de la red, elegido por el menor BID (Bridge ID).
• Root Port: En cada puente no raíz, es el puerto que tiene el camino de menor coste hacia el Root Bridge. Permite el envío de mensajes y garantiza la formación de la topología de árbol.
• Designated Port: Para cada segmento de red (dominio de colisión), es el puerto que tiene el camino de menor coste hacia el Root Bridge. Si un puerto no es Root Port ni Designated Port, se convierte en un puerto bloqueado (Blocked Port).

Funcionamiento y Características Adicionales:

• Envío de BPDUs (Bridge Protocol Data Units): Los puentes intercambian BPDUs que contienen información sobre su BID, el BID del Root Bridge, el coste del camino y el ID del puerto.
• Estados de Puerto: Los puertos STP transicionan a través de varios estados (Bloqueado, Escucha, Aprendizaje, Reenvío).
• Temporizadores:
  • Max Age Timer: Si un puerto no recibe BPDUs del Root Bridge durante este tiempo, asume que el Root Bridge ha fallado.
  • Forward Delay Timer: Tiempo que un puerto permanece en los estados de Escucha y Aprendizaje antes de pasar al estado de Reenvío.
• PortFast: Característica que permite a un puerto de acceso (conectado a un host final) pasar directamente al estado de reenvío, evitando los temporizadores de STP. Si detecta un bucle, lo bloquea.
• UplinkFast: Mejora de STP que permite una convergencia más rápida cuando falla el Root Port. Guarda los enlaces redundantes y, si el Root Port falla, uno de los puertos bloqueados se convierte rápidamente en el nuevo Root Port.
• BackboneFast: Mejora que acelera la convergencia cuando un enlace directo al Root Bridge falla.