Fundamentos y Protocolos Avanzados de Encaminamiento en Redes IP

Conceptos Fundamentales del Encaminamiento (Routing)

El encaminamiento es el proceso de seleccionar caminos en una red por los que se enviará el tráfico. Se basa en diversas métricas y estructuras de datos.

Métricas de Encaminamiento

Las decisiones de encaminamiento se basan en la optimización de métricas, que pueden incluir:

• Saltos: Número de routers intermedios.
• Distancia: Medida física o lógica.
• Retardo Medio: Tiempo promedio que tarda un paquete en llegar.
• Ancho de Banda: Capacidad de transmisión del enlace.
• Tráfico: Carga actual del enlace.

Tablas de Encaminamiento

Las tablas de encaminamiento son esenciales para la toma de decisiones. El encaminamiento se realiza por el siguiente salto, siguiendo el principio de optimalidad de Bellman-Ford (si la ruta de A a C pasa por B, entonces la ruta de B a C también debe ser óptima).

Estructura de las Entradas

Cada entrada en la tabla de encaminamiento contiene información crucial:

• Destino: La red o host al que se dirige el tráfico.
• Máscara/CIDR: Para identificar el rango de la red.
• Entrega Directa / Siguiente Salto: Indica cómo alcanzar el destino.
• Métrica: El coste asociado a esa ruta.

Las entradas pueden ser específicas de un host, de una red, o una ruta por defecto (default).

Tipos de Encaminamiento

El encaminamiento utiliza la jerarquía de direcciones (CIDR) para optimizar las tablas de rutas. Se clasifica en:

1. Encaminamiento Local: Decisiones tomadas por el router sin intercambio de información global.
   • Aleatorio.
   • Aislado.
   • Inundación (Flooding).
2. Encaminamiento Estático: Las rutas se configuran manualmente, considerando la topología de la red.
3. Encaminamiento Dinámico: Los routers intercambian información automáticamente, adaptándose a los cambios de la red.
   • Vector de Distancia (ej. RIP).
   • Estado de Enlaces (ej. OSPF).

Protocolos de Encaminamiento Dinámico

Protocolos de Vector de Distancia (RIP)

Cada encaminador mantiene una tabla de encaminamiento con una entrada por cada posible destino. Cada entrada incluye el destino, el siguiente nodo y la métrica. Los nodos intercambian periódicamente esta información con sus vecinos.

El Problema de la Cuenta a Infinito

Si un nodo cae, la información propagada puede llevar a que otros nodos tengan en su tabla una distancia errónea, intercambiando información tal que se genera un bucle (ej. X-A-B | X A-B...). Esto provoca que la distancia se incremente indefinidamente hasta alcanzar el valor de 'infinito'.

Soluciones al Problema de la Cuenta a Infinito

• Infinito = Número Pequeño: Se define un número máximo de saltos (ej. 16 saltos en RIP).
• Horizonte Dividido (Split Horizon): Si el router B aprende una ruta a X a través del router A, B no le enseña esa ruta a A.
• Inversa Envenenada (Poison Reverse): Similar al horizonte dividido, pero si se detecta una ruta caída, esta se difunde activamente con una distancia infinita.
• Actualización Forzada (Triggered Update): Si se detecta una modificación en la red, se difunde inmediatamente a los vecinos. Esto acelera la convergencia, pero si hay bucles, puede no converger.

Protocolos de Estado de Enlaces (OSPF)

Cada encaminador mantiene una Base de Datos (BBDD) con la topología exacta de la red. La construyen identificando a sus vecinos y las distancias a ellos, y luego anunciando esta información a todos los nodos mediante inundación (flooding). Cada nodo construye su mapa completo de la red utilizando el algoritmo de Dijkstra.

Sistemas Autónomos (AS) y Protocolos de Frontera

Un Sistema Autónomo (SA) es un conjunto de redes y encaminadores bajo una única autoridad administrativa. Dentro de un AS, encontramos:

• Encaminadores Internos: Operan dentro del AS.
• Encaminadores Externos (de Frontera): Conectan el AS con otros sistemas autónomos.

Los protocolos se dividen en:

• Protocolos de Pasarela Interior (IGP): Utilizados dentro del AS (ej. RIP, OSPF).
• Protocolos de Pasarela Exterior (EGP): Utilizados entre AS (ej. BGP).

Protocolo de Vector de Rutas (BGP)

El Vector de Rutas se utiliza para resolver los problemas de encaminamiento entre AS (EGP). Está basado en el concepto de Vector de Distancia, pero con intercambio de rutas completas. Cada encaminador mantiene:

• Lista de destinos alcanzables.
• Ruta completa al destino (la secuencia de AS que debe seguir).

Utiliza CIDR para agregar direcciones en las tablas de rutas y tiene detección de bucles, descartando rutas en las que el mismo AS ya es parte del camino.

OSPF: Protocolo de Estado de Enlaces Interior

OSPF (Open Shortest Path First) es un IGP basado en Estado de Enlaces. Es una alternativa robusta a RIP, ofreciendo:

• Equilibrio de carga.
• Particionamiento de la red en áreas.
• Convergencia rápida.
• Soporte para VLSM y CIDR.

Tipos de Encaminadores OSPF

• Internal Router (Router Interno).
• Area Border Router (Router de Frontera de Área).
• Autonomous System Boundary Router (Router de Frontera de Sistema Autónomo).

OSPF establece vecindad entre encaminadores y adyacencia entre vecinos para el intercambio de información.

BGP: Protocolo de Vector de Rutas Exterior

BGP (Border Gateway Protocol) es el protocolo de encaminamiento exterior dominante, basado en el Vector de Rutas. Los Sistemas Autónomos se clasifican según su conectividad BGP:

• AS Stub: Conectado solo a otro AS.
• AS Multihomed: Conectado a varios AS para balanceo de carga, pero no permite tráfico de tránsito (tráfico que viene de un AS y va a otro AS).
• AS de Tránsito: Conectado a varios AS y sí permite tráfico de tránsito.

Mensajes BGP

El intercambio de información BGP se realiza mediante cuatro tipos de mensajes principales:

• OPEN: Establece la conexión de vecindad.
• UPDATE: Anuncia nuevas rutas o retira rutas antiguas.
• NOTIFICACIÓN: Envía códigos de error.
• KEEPALIVE: Mantiene la conexión activa.