UNIVERSIDAD VERACRUZANA MONOGRAFÍA. Licenciado en Sistemas Computacionales Administrativos. Emmanuel Salazar Gómez Gil

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1 UNIVERSIDAD VERACRUZANA Facultad de Contaduría y Administración Protocolos y tecnologías para routers MONOGRAFÍA Para obtener el Titulo de: Licenciado en Sistemas Computacionales Administrativos Presenta: Emmanuel Salazar Gómez Gil Asesor: M.T.E. Guillermo Leonel Sánchez Hernández Cuerpo Académico: Tecnologías de la Información y Organizaciones Inteligentes en la Sociedad del Conocimiento Xalapa-Enríquez, Veracruz Agosto, 2008

2 AGRADECIMIENTOS Le agradezco a mi madre por su esfuerzo y apoyo incondicional durante toda mi formación ya que ella ha representado un doble papel en mi vida, padre y madre a la vez. Agradezco a mi asesor Guillermo Leonel Sánchez Hernández por haberme guiado en la construcción de este trabajo. Agradezco a mi hijo y a mi esposa por ser mí estimulo para seguir luchando y lograr ser alguien en la vida.

3 ÍNDICE Agradecimientos Resumen...8 Introducción..9 CAPÍTULO I MODELOS DE REFERENCIA 1.1. Modelo de referencia OSI Capas del modelo OSI Capa física Capa de enlace de datos Capa de red Capa de transporte Capa de sesión Capa de presentación Capa de aplicación Modelo TCP/IP Capas del modelo TCP/IP Capa física Capa de enlace de datos Capa de red Capa de transporte: TCP Capa de transporte: UDP Capa de aplicación y de servicios 23 IV

4 CAPÍTULO II PROTOCOLOS ENCAMINADOS Y DE ENCAMINAMIENTO 2.1. Protocolos encaminados y de encaminamiento Protocolo de asociación de direcciones (ARP) Encapsulamiento de ARP Formato del protocolo ARP Protocolo de asociación de direcciones por réplica (RARP) Servidores primarios y de respaldo Protocolo de información de enrutamiento (RIP) Formato de un paquete RIP Necesidad de actualizar RIP Protocolo de información de enrutamiento versión 2 (RIP-2) Formato de un paquete RIP Campos de comandos Campo de número de versión Campo sin uso Campo AFI Campo de etiqueta de ruta Campo de dirección de red Campo de máscara de subred Campo de siguiente salto Campo de métrica Uso de los paquetes RIP Paquete de solicitud Paquete de respuesta Protocolo de enrutamiento de gateway interior (IGRP) Métricas de IGRP Cuentas de saltos MTU Ancho de banda Retraso Carga 50 V

5 Fiabilidad Protocolo de enrutamiento de gateway interior mejorado (EIGRP) Mejoras de EIGRP Características incluidas en EIGRP Descubrimiento y recuperación del vecino Protocolo de transporte fiable Algoritmo de actualización distribuido Módulos específicos del protocolo Primero la ruta libre más corta (OSPF) Orígenes de OSPF Primero la ruta libre más corta versión 2 (OSPF-2) Protocolo de descubrimiento de Cisco (CDP) Características de CDP Protocolo IP Máscara de subred Tablas de encaminamiento IP Formato de una dirección IPv Enrutamiento Enrutamiento estático Enrutamiento por vector de distancia Enrutamiento por estado de enlace Enrutamiento híbrido Convergencia Encapsulamiento de datos..72 CAPÍTULO III ELEMENTOS AUTÓNOMOS 3.1. Componentes internos de un router Unidad central de proceso Memoria Interfaces.80 VI

6 3.2. Organización interna del router Arquitectura de un router Software: Archivos básicos de un router Otros elementos Conexiones externas de un router Routers basados en computadora Routers en IPv Direccionamiento en IPv6 92 Conclusiones.94 Fuentes de información 98 Glosario.101 Índice de figuras.108 Índice de tablas..109 VII

7 RESUMEN El router es una computadora de uso específico el cual se encarga de interconectar redes de computadoras y enviar información a través de la red de un equipo a otro aunque estos se encuentren en diferentes partes del mundo. Está conformado por un procesador, varias tipos de memorias, interfaces, etc. Los protocolos encaminados y de encaminamiento ayudan a cumplir la función de este dispositivo, ya que éstos se encargan de encontrar la ruta más adecuada para enviar un paquete y proporcionan el identificador para que el router pueda enviarlo a su destino, así como también guardan información sobre posibles destinos y como alcanzarlos, en tablas de enrutamiento que son compartidas con otros routers que pertenecen a la misma red. El uso de los routers es muy importante dentro de las organizaciones, ya reducen el tráfico en la red y agilizan el envío de información de un departamento a otro, así como también ayudan a proteger información que es vital para la empresa. 8

8 INTRODUCCIÓN El siguiente trabajo es una monografía acerca de la gestión de ruteadores. Un ruteador es un dispositivo con un propósito específico que conecta redes y envía mensajes entre ellas. Se describen sus componentes internos los cuales hacen que este dispositivo pueda procesar la información y los externos, por estos medios se hace posible su configuración. Cabe mencionar que los routers pueden enrutar de dos maneras: utilizando rutas estáticas preprogramadas por el administrador de la red o pueden calcular rutas dinámicamente utilizando cualquiera de los protocolos de enrutamiento dinámico que son utilizados para descubrir rutas y enviar paquetes por medio de ellas. Se describe el modelo OSI que fue desarrollado por la Organización internacional para la normalización (ISO) con el objetivo de facilitar la interconexión abierta de los sistemas de computadoras. Esta interconexión permite que dispositivos de diferentes fabricantes sean soportados en el entorno. También se encarga de identificar y estratificar en capas ordenadas lógicamente todas las operaciones necesarias para establecer, usar, definir y terminar una sesión de comunicaciones entre dos computadoras aunque la arquitectura de los equipos sea diferente. Así como también el modelo TCP/IP, el cual permite que se realice el enlace de computadoras de diferentes tipos, igualmente si contaran con sistemas operativos diferentes y que pertenecen a una red LAN o WAN. Los protocolos TCP/IP se encargan de que se lleve a cabo el encapsulamiento de datos para poder ser enviados a través de los routers. El router se basa en los dos modelos mencionados anteriormente para poder realizar la interconexión de los sistemas abiertos de computadoras. 9

9 Los protocolos encaminados ofrecen información suficiente en su dirección de capa para permitir que un router lo envíe al dispositivo siguiente y finalmente a su destino: ejemplos IP, IPX. En este caso nos enfocaremos al protocolo IP en sus diferentes versiones. El protocolo IP proporciona una dirección a los equipos de cómputo conectados a una red, ofrece los mecanismos necesarios para transportar datagramas pero no garantiza la entrega de estos a su destino. Los protocolos de encaminamiento son utilizados por los routers para comunicarse entre sí, con el objetivo de intercambiar información de forma dinámica acerca de las redes que pueden alcanzar y de la conveniencia de las rutas disponibles. Los protocolos de encaminamiento que serán abordados dentro de este trabajo serán: RIP, RIP-2, IGRP, EIGRP, RARP, ARP, OSPF y OSPF versión 2. El Protocolo de información de enrutamiento (RIP) utiliza algoritmos de vector de distancias para calcular las rutas red, en sus inicios era el más utilizado dentro de las organizaciones por su gran facilidad de manejo. La única desventaja de este protocolo era que no podía reconocer máscaras de subred por lo que se decidió crear una nueva versión denominada RIP-2 que fuera capaz de soportarlas. El protocolo de enrutamiento de gateway interior fue creado por Cisco para ser fácil de configurar y usar, se basó en RIP agregándole una gran cantidad de características. Al igual que RIP, IGRP tuvo que ser actualizado pues no podía soportar algunos cambios efectuados en IPv4, por EIGRP, un protocolo más eficaz, estable y rápido. El protocolo de asociación de direcciones (ARP) permite que un equipo encuentre su dirección física a través de una solicitud por difusión a todos los 10

10 equipos de la red enviándoles su dirección IP, por el contrario el protocolo de asociación de direcciones por réplica (RARP) trata de encontrar su dirección IP, proporcionando su dirección física por medio de una solicitud, que solo puede ser respondida por servidores RARP que pertenezcan a la red. El protocolo primero la ruta libre más corta (OSPF) creado por la necesidad de construir redes basadas en IP cada vez más grandes, pero al igual que los demás protocolos tuvo que ser actualizado a OSPF versión 2 para agregar nuevas características que le permitieran transportar protocolos de red enrutables, como IPX o Apple Talk. Otro protocolo muy importante de mencionar es el CDP creado también por Cisco que se utiliza básicamente para detectar dispositivos Cisco que se encuentran conectados directamente a un dispositivo local. Durante el desarrollo de este trabajo se describirán de forma más amplia las características, ventajas y el formato que utilizan los protocolos ya mencionados, así como también otros aspectos relevantes. Por último se habla sobre el futuro de los routers y el protocolo IPv6 el cual está destinado a sustituir al IPv4 ya que el número de direcciones IP existentes no cubren la demanda exigida por los usuarios de Internet. Los routers basados en computadora complementan a los routers únicos, han surgido en la actualidad por la creación de equipos personales mucho más poderosos capaces de sofisticar el cálculo de las rutas en la red, al igual que han aparecido protocolos de encaminamiento más eficientes. IPv6 está diseñado para ser una simple mejora, de envío compatible, con el cual se pretende cubrir todas las debilidades de su antecesor IPv4. Una característica muy importante de este protocolo es que ha aumentado el tamaño 11

11 de las direcciones de 32 a 128 bits proporcionando con esto un mayor número de direcciones IP. El impacto que tiene el uso de los routers dentro de las organizaciones es muy grande, ya que este dispositivo les permite gestionar la red interna de la organización, así como controlar el acceso a la información, definir las formas de envía, asignar ancho de banda, con lo que se logra reducir el tráfico en la red. 12

12 CAPÍTULO I: MODELOS DE REFERENCIA

13 1.1 Modelo de referencia OSI La Organización internacional para la normalización (ISO) desarrolló el modelo de referencia OSI para facilitar la interconexión abierta de los sistemas de computadoras. Una interconexión abierta es aquella que puede ser soportada en un entorno con dispositivos de diversos fabricantes. Este modelo identifica y estratifica en capas ordenadas lógicamente todas las operaciones necesarias para establecer, usar, definir y terminar una sesión de comunicaciones entre dos computadoras aunque la arquitectura de los equipos sea diferente. Dentro de esta definición del modelo de referencia OSI está la hipótesis de que los dos dispositivos que se comunican están separados por una distancia de medida desconocida y un mecanismo de networking. Por lo cual el modelo define los mecanismos para transmitir datos entre dos computadoras que se encuentran conectadas a la misma LAN o WAN. Algo también muy importante es que el modelo reconoce las funciones que permiten a dos equipos que se encuentran en extremos opuestos del mundo transmitir datos entre sí sin conexiones de red directas. La Fig. 1.1 ilustra las capas del modelo de referencia OSI Capas del Modelo OSI Fig Modelo de referencia OSI 14

14 Capa física (Capa 1) En ella se lleva a cabo la transmisión del flujo de bits y define el medio de transmisión utilizado para esto. Acepta tramas de datos de la Capa 2, y trasmite su estructura y su contenido en serie, un bit cada vez. La Capa 1 también se encarga de recibir el flujo entrante de datos y este flujo a su vez se transmite a la capa de enlace de datos Esta capa opera sólo con ceros y unos. No tiene mecanismo alguno para determinar el significado de los bits que transmite o recibe. Se enfoca principalmente en las características físicas de las técnicas de señalización eléctricas y/u ópticas. Esto incluye el voltaje de la corriente eléctrica utilizado para transportar la señal, el tipo de medios y las características de impedancia, e incluso la forma física del conector usado para terminar los medios. Algunos de los medios sobre los que opera la Capa 1 son: cable coaxial, cable de fibra óptica y cable de par trenzado Capa de enlace de datos (Capa 2) Esta capa permitir que los datos se transmitan de un lugar a otro y que sean a su vez recibidos por los equipos de computo. En cuanto a la transmisión de los datos la capa de enlace se encarga del empaquetado de datos en tramas. Una trama es una estructura original de una capa de enlace de datos que contiene suficiente información para asegurarse de que los datos pueden enviarse con éxito a través de una LAN hasta su destino (Sportack, 2003). 15

15 Se dice que una distribución satisfactoria es cuando una trama llega a su destino de manera intacta. Para que esto suceda tienen que producirse dos cosas: 1.- El nodo destino tiene que comprobar la integridad del contenido de la trama antes de corroborar su recepción. 2.- El nodo origen debe recibir la notificación de recibo del receptor afirmando que cada trama transmitida llego a su destino en un estado completo. Otra actividad de la capa de enlace de datos es detectar y corregir los errores en el envió de las tramas ya que algunas se pierden o se dañan durante la transmisión por el transito que existe en la red, así como también es responsable de ensamblar nuevamente en tramas los flujos binarios recibidos desde la capa física (Sportack, 2003). Tanto la capa 1 como la capa 2 son indispensables para todos y cualquier tipo de comunicación independientemente de ser realizada en una LAN o en una WAN. Juntas, estas dos capas permiten que las aplicaciones de software puedan contactarse y comunicarse con otros dispositivos conectados a la misma LAN. En una LAN todos los usuarios pueden acceder al servidor local, sin necesidad de usar los protocolos de la capa de red o direccionamiento para establecer una comunicación entre ellas Capa de red (Capa 3) Esta capa hace posible el enrutamiento de los datos. Los protocolos de esta capa hacen posible el establecimiento de la ruta entre las computadoras de origen y destino, los dispositivos que se encargan de realizar esta función son denominados routers. 16

16 A estos protocolos se les llama protocolos enrutables ya que su función es transportar datos a través de segmentos LAN o WAN, en ellos se encuentran el IP, IPX y AppleTalk. Los routers calculan las rutas y envían los datos dentro de los paquetes del protocolo enrutable hacia las computadoras que se ubican más allá del enlace local de la computadora transmisora Capa de transporte (Capa 4) Esta capa se encarga de la integridad de las transmisiones de un extremo a otro. Puede detectar que se dañen o pierdan durante el transito, y puede generar automáticamente una solicitud de retransmisión. Otra operación que se realizada es la resecuenciación de paquetes que, por razones diversas, pueden haber llegado en un orden inadecuado. La capa de transporte puede identificar la secuencia original de paquetes y colocarlos de nuevo en esa secuencia antes de pasar su contenido a la capa de sesión, ya que algunas veces los paquetes toman rutas diferentes a través de la red o puede que se hayan dañado en el envío. La capa de red solo es necesaria si los equipos que intentan comunicarse pertenecen a diferentes redes o si las aplicaciones de comunicación necesitan sus servicios. La tercera capa del modelo OSI está relacionada estrechamente con la cuarta capa. Dos ejemplos específicos de conjuntos de protocolos enrutables que se integran estrechamente con estas capas son el estándar abierto TCP/IP e IPX/SPX (Intercambio de paquetes entre redes/intercambio secuencial de paquetes) de Novell (Sportack, 2003). 17

17 Capa de sesión (Capa 5) La capa de sesión organiza y sincroniza el intercambio de datos entre procesos de aplicación. Funciona con la capa de aplicación para proporcionar conjuntos de datos sencillos llamados puntos de sincronización, que le permiten a una aplicación conocer cómo está progresando la transmisión y recepción de datos (Parker, Tim 1997) Capa de presentación (Capa 6) Administra el modo en que se codifican los datos. No todos los sistemas computacionales utilizan el mismo esquema de codificación de datos, y la capa de presentación es responsable de proporcionar la traducción entre esquemas de codificación de datos que serían de otro modo incompatibles (Sportack, 2003). Esta capa se puede usar para ajustar las diferencias entre formatos de punto flotante, así como para proporcionar servicios de cifrado y descifrado Capa de aplicación (Capa 7) Se encarga de crear una interfaz a las aplicaciones a nivel usuario y los servicios de red. En este lugar residen las aplicaciones como correo electrónico y la tarea de la capa de aplicación es desplegar la información recibida y enviar los datos nuevos del usuario a las capas inferiores. 18

18 1.2 Modelo TCP/IP Transmission Control Protocol (TCP) y el Internet Protocol (IP) forman parte importante de la familia de los protocolos de Internet, y se encargan de enlazar computadoras de diferentes tipos (personales, de escritorio, mainframes) así como también si cuentan distintos sistemas operativos y que pertenecen a una conexión de área local (LAN) o redes de área amplia (WAN). TCP/IP fue desarrollado en 1972 por el Departamento de Defensa de Estados Unidos, ejecutándose en ARPANET (Red de Área Extensa del Departamento de Defensa). Este protocolo transfiere los datos de una computadora a otra por medio de la creación de paquetes, cada uno de estos comienza con una cabecera información de control seguida de los datos. El IP pertenece a la capa de red del modelo OSI, permite que las aplicaciones se ejecuten de forma transparente sobre las redes interconectadas. De esta manera, las aplicaciones no necesitan conocer qué hardware está siendo ocupado en la red, por lo que la aplicación puede ejecutarse en cualquier topología. El TCP, es un protocolo de la capa de transporte del modelo OSI, se asegura que los datos sean entregados a su destino, es decir, de la integridad de los datos, que los que se reciben correspondan con los que se envió y que los paquetes sean reensamblados en el orden en que fueron enviados Capas del Modelo TCP/IP Para que se pueda llevar a cabo la comunicación entre dos computadoras se deben de llevar a cabo muchos procedimientos: Empaquetar los datos. 19

19 Determinar el camino que se debe seguir. Transmitirlos por el medio físico. Regular la tasa de transferencia de acuerdo con el ancho de banda disponible y la capacidad del receptor para procesar los datos. Ensamblar los datos entrantes para que se mantengan en la secuencia correcta y no haya pérdida de paquetes. Comprobar los datos entrantes para ver si hay paquetes repetidos. Notificar al emisor los datos que se han recibido correctamente. Entregar los datos a la aplicación correcta. Manejar eventos de errores y problemas. Con un modelo es más fácil agrupar las funciones relacionadas e implementar el software de comunicaciones de forma modular (ver Fig. 1.2). A continuación se da una breve explicación de las funciones que realizan cada capa. Aplicaciones y servicios Transporte ( TCP UDP) Red (IP) Enlace de datos Física Fig Capas del modelo TCP/IP (Feit, 1998) Capa física La capa física se encarga de la transmisión de los datos a través del medio físico, los conectores y las señales que representan los ceros y los unos. Algunos 20

20 ejemplos de estos elementos son: el cable UTP, los conectores RJ45, las tarjetas de red de Ethernet y Token Ring, etc Capa de enlace de datos En esta capa los datos se organizan en unidades denominadas tramas como se muestra en la Fig. 1.3 y cada una de ellas cuenta con una cabecera que incluye una dirección e información de control y una cola que se usa para la detección de errores. Fig Formato de una trama (Feit, 1998, p. 24). La cabecera de una trama de una LAN contiene las direcciones físicas del origen y el destino que son identificadas por las tarjetas de interfaz de red. La cabecera de una trama que se transmite por una WAN contiene un identificador de circuito en su campo de dirección Capa de red Las funciones de esta capa son realizadas por el Protocolo de Internet, el cual se encarga de encaminar los datos entre los equipos de la red, ya sea por un único enlace o por varios y son transportados en unidades llamadas datagramas. Un datagrama tiene una cabecera IP (ver Fig. 1.4) que contiene información de direcciones de la capa 3, y son los routers los que se encargan de examinar la dirección de destino de la cabecera IP, para dirigir los datagramas a su destino. 21

21 Fig Datagrama IP (Feit, 1998, p. 25). Esta capa se denomina no orientada a conexión ya que cada datagrama se encamina de forma independiente e IP no garantiza una entrega fiable, ni en secuencia en que se entreguen y también encamina su tráfico sin tener en cuenta la relación entre aplicaciones a la que pertenece un determinado datagrama Capa de transporte: TCP Las funciones de esta son realizadas por el Protocolo de control de transmisión (TCP), el cual proporciona a las aplicaciones servicios de conexión fiable de datos. TCP cuenta con mecanismos que garantizan que los datos se entreguen sin errores, sin omisiones y en secuencia. Cuando se realiza una transferencia de archivos, se transmiten los datos al TCP y éste le añade una cabecera creando una unidad llamada segmento. Otras funciones del protocolo mencionado anteriormente son: Envía los segmentos transfiriéndolos a IP, quien los encamina hacia su destino. Acepta los segmentos entrantes por IP, determina la aplicación destino y traslapa los datos a la aplicación en el orden que fueron enviados Capa de transporte: UDP Una aplicación envía un mensaje independiente a otra aplicación mediante el Protocolo de datagramas de usuario (UDP), quien añade una cabecera creando una unidad denominada datagrama de UDP o mensaje de UDP. 22

22 Otras funciones de UDP son: Traslapa los mensajes de UDP salientes a IP. Acepta mensajes de UDP entrantes de IP y determina la aplicación de destino. Es un servicio de comunicaciones no orientado a conexión que suele usarse en aplicaciones de búsquedas simples en bases de datos Capa de aplicación y de servicios. Son todos los servicios y aplicaciones que nos proporciona TCP/IP, por ejemplo servicios de aplicación estándares como el terminal virtual, la transferencia de archivos, el acceso al servidor de archivos del Sistema de archivos de red (NFS), correo electrónico, noticias, la World Wide Web (WWW) y la búsqueda de direcciones del Sistema de nombres de dominio. 23

23 CAPÍTULO II: PROTOCOLOS ENCAMINADOS Y DE ENCAMINAMIENTO

24 2.1 Protocolos encaminados y de encaminamiento Los protocolos de encaminamiento son los protocolos que utilizan los routers para comunicarse entre sí a fin de intercambiar información de forma dinámica acerca de las redes que pueden alcanzar y de la conveniencia de las rutas disponibles, ejemplos: ARP, RARP, IGRP, EIGRP, RIP, OSPF etc. Los protocolos encaminados tienen la capacidad de direccionamiento lógico, ofrecen información suficiente en su dirección de capa para permitir que un router lo envíe al dispositivo siguiente y finalmente a su destino, éstos pueden ser encaminados por un protocolo de encaminamiento, ejemplos: IP, IPX, etc. En este capítulo nos enfocaremos a hablar sobre algunos de estos protocolos. Los routers disponen de una tabla de encaminamiento que le indicará cual será el siguiente salto para poder llegar a los destinos conocidos Protocolo de Asociación de Direcciones (ARP) Para empezar a hablar de este protocolo se necesita saber que dos maquinas en una red física solo se pueden comunicar si conocen sus direcciones físicas de red. Esta dirección (MAC o también dirección de hardware) es proporcionada a cada dispositivo Ethernet (tarjetas de red) por su fabricante y es única. ARP es un protocolo de bajo nivel que oculta el direccionamiento físico subyacente de red, al permitir que se le asigne una dirección IP arbitraria a cada máquina. Pensamos en ARP como parte del sistema físico de red, no como parte de los protocolos de red de redes (Comer, 1996) 25

25 El protocolo ARP permite que un equipo de cómputo encuentre la dirección física de otro dentro de la misma red con solo proporcionar la dirección IP de su destino (p.e. Fig. 2.1). El proceso para encontrar la dirección física de una maquina es el siguiente: 1.- El equipo que desea determinar la dirección de otra máquina de su red para comunicarse con ella, envía un mensaje de petición (ARP request) a todos los equipos de la red incluyendo en él la dirección IP destino, así como también su dirección IP y la física. 2.- El equipo de la red que tiene la dirección IP destino, contesta con un mensaje de respuesta (ARP reply) enviándole al equipo que lo solicitó su dirección física de red para posteriormente poder comunicarse. Figura Protocolo ARP. El equipo A desea enviar un mensaje al equipo B, para determinar la dirección física de B, (a) A transmite por difusión una solicitud ARP que contiene la IP de B a todas las maquinas de la red y (b) el anfitrión B envía una respuesta ARP que contiene su dirección física (Comer, 1996, p. 78). Cabe mencionar que para reducir costos de comunicación, las computadoras que utilizan ARP, mantiene una memoria intermedia de las 26

26 asignaciones de direcciones IP a dirección física recientemente adquirida, para que no tengan que utilizar ARP varias veces. Siempre que una computadora recibe una respuesta ARP, ésta guarda la dirección IP del transmisor, así como la dirección de hardware correspondiente, en su memoria intermedia, para usarla en búsquedas posteriores y no enviar otra solicitud ARP innecesaria. Al igual que la computadora que manda el mensaje de petición, la que responde almacena en su memoria intermedia la información de la maquina a la que le respondió, por si posteriormente necesita enviarle algo y con esto evitar trafico de red adicional así como también lo hacen los demás equipos que pertenecen a la red y que recibieron el mensaje. En caso de que la dirección física de un equipo cambie (por ejemplo, cuando se daña el hardware), las otras computadoras que tienen almacenada una asignación en su memoria intermedia ARP, necesitan ser informadas para que puedan cambiar el registro. Un sistema puede informar a otros sobre una nueva dirección al enviar una difusión ARP cuando se inicia. En la implementación de este protocolo se debe de tomar en cuenta que al enviar un paquete de solicitud puede que la maquina destino esté apagada o muy ocupada para aceptar la solicitud, en este caso el transmisor no recibe la respuesta o la recibe con retraso, pero también puede perderse la solicitud, en cuyo caso, el que la envía debe retransmitirla por lo menos una vez y guardar el paquete para que se pueda enviar ya que se haya asociado la dirección IP a la dirección de red. Por último, cuando una maquina obtiene una asignación de otra máquina, en caso de el hardware de la segunda maquina falle y es reemplazado, su dirección física cambia, las asignaciones en la memoria temporal de la primera no lo ha hecho, así que esta utiliza una dirección de hardware que no existe, por lo que la recepción exitosa se vuelve imposible. Para solucionar se debe contar con 27

27 un software ARP que maneje de manera temporal la tabla de asignaciones y que remueva los registros después de un periodo establecido. Otra función que también soporta este protocolo, es la siguiente: si un equipo quiere enviar un mensaje a un equipo externo (un nodo que no esté en la misma red), el mensaje deberá salir de la red. Así, el primer equipo envía la trama a la dirección física de salida del router. Esta dirección física la obtendrá a partir de la IP del router, utilizando la tabla ARP. Si esta entrada no está en la tabla, mandará un mensaje ARP a esa IP (llegará a todos), para que le conteste indicándole su dirección física. Una vez en el router, éste consultará su tabla de encaminamiento, obteniendo el próximo nodo (salto) para llegar al destino, y saca el mensaje por el interfaz correspondiente. Esto se repite por todos los nodos, hasta llegar al último router, que es el que comparte el medio con el host destino. Aquí el proceso cambia: el interfaz del router tendrá que averiguar la dirección física de la IP destino que le ha llegado. Lo hace mirando su tabla ARP o preguntando a todos. Por último se devuelve el mensaje con la dirección IP de la maquina destino así como su dirección física para llevarse a cabo la comunicación Encapsulación de ARP. Los mensajes ARP viajan de un equipo a otro, por ello deben transportarse en tramas físicas. La Fig. 2.2 muestra como se transporta el mensaje ARP en la porción de datos de una trama. Fig Mensaje ARP encapsulado en una trama de red física (Comer, 1996, p. 81). 28

28 Cuando se envía un mensaje ARP en una trama, el transmisor asigna un valor especial a este campo de tipo en el encabezado de la trama para que el software de red del otro equipo lo utilice para determinar su contenido y coloca el mensaje ARP en el campo de datos de la misma. El software mencionado también debe de ser capaz de reconocer si se trata de un mensaje de respuesta o es una solicitud Formato del protocolo ARP Los mensajes ARP no tienen un encabezado fijo, por el contrario, para que este protocolo sea útil para varias tecnologías de red, la longitud de los campos que contienen las direcciones depende del tipo de red. Sin embargo para que se pueda interpretar un mensaje ARP arbitrario, el encabezado incluye campos fijos cerca del comienzo, que especifican la longitud de las direcciones que se encuentran en los campos siguientes. La Fig. 2.3 muestra un ejemplo de un formato de 28 octetos de un mensaje ARP que se utiliza en el hardware Ethernet. Fig Ejemplo del formato ARP/RARP cuando se utiliza para la transformación de una dirección IP a una dirección Ethernet. La longitud de los campo depende del hardware y de la longitud de las direcciones de los protocolos, que son de 6 octetos para una dirección Ethernet y de 4 octetos para la IP. (Comer, 1996, p. 82). 29

29 El campo HARDWARE TYPE especifica un tipo de interfaz de hardware para el que el transmisor busca una respuesta; contiene el valor 1 para Ethernet. De forma similar, el campo PROTOCOL TYPE especifica el tipo de dirección de protocolo de alto nivel que proporciono el transmisor: contiene para la dirección IP. El campo de OPERATION especifica una solicitud ARP (1), una respuesta (2), una solicitud RARP (3) o una respuesta RARP (4). Los campos HLEN y PLEN permiten que ARP se utilice con redes arbitrarias ya que éstas especifican la longitud de la dirección de hardware y la longitud de la dirección del protocolo de alto nivel. El transmisor proporciona sus direcciones IP y de hardware, si las conoce, en los campos SENDER HA y SENDER IP(Comer, 1996). Cuando realiza una solicitud, el transmisor también proporciona la dirección IP del objetivo (ARP) o la dirección de hardware del objetivo (RARP), utilizando los campos TARGET HA y TARGET IP. Antes de que la maquina objetivo responda, completa las direcciones faltantes, voltea los pares de objetivo y transmisor, y cambia la operación a respuesta. Por lo tanto, una respuesta transporta las direcciones tanto de hardware como de IP del solicitante original, lo mismo que las direcciones de hardware e IP de la máquina para la que se realizó asignación Protocolo de asociación de direcciones por réplica (RARP) En el arranque del sistema, un equipo que no tiene disco duro permanente (terminales tontas) debe contactar a un servidor RARP para encontrar su dirección IP antes de que se pueda comunicar por medio del TCP/IP. El protocolo RARP se utiliza para el direccionamiento físico de red para obtener la dirección de red de redes de una máquina. El formato de este protocolo es el mismo que utiliza ARP, solo que este es un poco más general ya que permite que una máquina solicite la dirección IP de una tercera máquina tan fácilmente como si solicitara la suya y también lo permite cuando se trata de muchos tipos de redes físicas. 30

30 Un mensaje RARP se envía de un equipo a otro, encapsulando en la porción de datos de una trama de red. Por ejemplo, en una trama Ethernet que transporta una solicitud RARP se deben enviar las direcciones Ethernet tanto de la fuente como el destino y los campos de tipo de paquete al comienzo de la trama. El tipo de trama contiene el valor para identificar que el contenido de la trama contiene un mensaje RARP (Comer, 1996). En la Fig. 2.4 se ilustra como un equipo utiliza RARP. Este equipo transmite por difusión una solicitud RARP especificada como maquina transmisora y receptora, y especifica su dirección física de red en el campo de dirección de hardware objetivo. Todos los equipos en la red reciben la solicitud, pero sólo los autorizados para proporcionar el servicio RARP la procesan y envían la respuesta; a estas maquina se les conoce como servidores RARP. Para que este servicio funcione, en la red, al menos debe de existir un servidor RARP. Fig Ejemplo de un intercambio en el que se utiliza el protocolo RARP. (a)la maquina A transmite por difusión una solicitud RARP especificándose como destino y (b) las máquinas autorizadas para proporcionar el servicio RARP (C y D) responden directamente a A. (Comer, 1996, p. 87). 31

31 Al recibir la solicitud, los servidores llenan el campo de dirección de protocolo objetivo, contestan la solicitud y cambian el tipo del mensaje a respuesta y envía ésta de regreso al equipo que lo solicitó. El equipo original recibe respuesta de todos los servidores RARP existentes en la red, aunque sólo necesite una contestación. RARP proporciona la dirección de hardware físico de la máquina de destino para identificar de manera única el procesador y transmite por difusión la solicitud RARP. Los servidores en la red reciben el mensaje, buscan la transformación en una tabla y responden al transmisor. Una vez que el equipo obtiene su dirección IP, la guarda en la memoria y no vuelve a utilizar RARP hasta que se inicie de nuevo. Se debe de tener en cuenta que RARP solo se utiliza en redes de área local, y también son susceptibles a pérdida o corrupción de información, ya que éste protocolo utiliza directamente la red física, ningún otro software de protocolos cronometrará la respuesta ni retransmitirá la solicitud; es el software de RARP el que debe manejar estas tareas. En caso de que en la red solo exista un servidor RARP, puede que éste no sea capaz de manejar la carga y por lo tanto, los paquetes que ha enviado un equipo transmisor se pierdan, aunque algunas estaciones de trabajo que dependen de RARP para realizar su trabajo reintentan el proceso de iniciación (transmitir mensaje de solicitud) una y otra vez hasta que reciben una respuesta. Otras implementaciones, al cabo de un par de intentos, lo suspenden indicando que hay fallas y evitan con ello inundar la red con tráfico innecesario de difusión en caso de que el servidor no esté disponible. En una Ethernet una falla no sucede solamente por la sobrecarga del servidor, sino también cuando el software RARP retransmite rápidamente y esto provoca que un servidor congestionado, se inunde con mas tráfico. Valerse de un 32

32 retraso largo garantiza que los servidores tengan tiempo suficiente para satisfacer la solicitud y generar una respuesta Servidores primarios y de respaldo Una ventaja de tener varios servidores RARP es que se obtiene un sistema más confiable, ya que si un servidor falla, o está demasiado congestionado como para responder, otro servidor contestara la solicitud. La principal desventaja de utilizar varios servidores es que, cuando una maquina transmite por difusión RARP, la red se sobrecarga en el momento que todos los servidores intentan responder. Para solucionar este problema existen dos soluciones: 1.- A cada equipo que realiza solicitudes RARP se le asigna un servidor primario. En circunstancias normales solo el servidor primario responde a la solicitud, pero todo los que no son primarios sólo registran su tiempo de llegada. Si el servidor primario no está disponible, el equipo original cronometrará el tiempo de respuesta y, si ésta no aparece, transmitirá de nuevo la solicitud por difusión. Cuando un servidor no primario recibe la segunda copia de una solicitud RARP, poco tiempo después de la primera, éste responde. 2.- Este proceso es un poco similar al anterior, pero se intenta evitar que todos los servidores no primarios transmitan de manera simultánea las respuestas. Cada máquina no primaria que recibe una solicitud computa un retraso en forma aleatoria y, luego, envía la respuesta. En condiciones normales un servidor primario responde inmediatamente y las respuestas sucesivas se retrasan, así que existe una posibilidad muy baja de que lleguen al mismo tiempo. En caso contrario, que el servidor primario no esté disponible, la máquina solicitante pasa por un corto retraso antes de recibir una respuesta, ya que el diseñador debe escoger con cuidado los 33

33 tiempos de retraso, para evitar que las máquinas solicitantes no hagan transmisiones por difusión antes de recibir una respuesta Protocolo de información de enrutamiento (RIP) Este es uno de los protocolos más antiguos, que utiliza algoritmos de vector de distancia para calcular las rutas de red, basados en los utilizados para calcular rutas a través de ARPANET desde Los algoritmos de vector a distancia se llaman a veces Bellman-Ford o Ford Fulkerson. L.R. Ford, Jr. Y D. R. Fulkerson publicaron la primera descripción conocida de un algoritmo de vector a distancia en Flows in Networks, publicado por Princeton University Press en Los algoritmos Berman-Ford se refieren a los algoritmos de vector de distancia que utilizan la ecuación de programación dinámica de R. E. Bellman. El trabajo de Bellman, Dynamic Programming, fue publicado por Princeton University Press en 1957 (Sportack, 2003). Xerox fue la primera organización en implementar con éxito un protocolo de enrutamiento por vector a distancia. Esta compañía diseño un protocolo para llenar un hueco en la arquitectura del Sistema de redes de Xerox (XNS). La arquitectura XNS ya incluía un protocolo de enrutamiento de Gateway, el Protocolo de información de Gateway (GIP), que fue diseñado para intercambiar información de enrutamiento entre sistemas autónomos o redes no adyacentes. La Fig.2.5 muestra cómo trabajarían juntos GIP y RIP para calcular rutas dentro y a través de sistemas autónomos. El protocolo RIP de Xerox permitía que las tablas de enrutamiento se construyeran y actualizaran dinámicamente sin intervención humana, basándose en una serie de métricas de vector de distancia que permitían a los routers compartir su perspectiva con otros routers, ya que cada uno compartiría su tabla 34

34 de enrutamiento con las actualizaciones recibidas de otro, para mantener automáticamente y dinámicamente una tabla de enrutamiento relativamente actualizada. Fig Uso de GIP y RIP en una red (Sportack, 2003, p. 165). Otra entidad creadora de protocolos de enrutamiento por vector a distancia fue la Universidad de California Berkeley, que llamo a su protocolo routed, que fue desarrollado para la versión 4.3 del UNIX de Berkeley, el cual fue modelado de forma parecida al RIP de Xerox, pero incorporaba algunas diferencias importantes: routed crea un formato de dirección más flexible, ya que podía acomodar IP, así como XNS de Xerox y otros formato de dirección de internetwork. routed limitaba las actualizaciones de enrutamiento a una máximo de una vez cada 30 segundos, característica con la que no contaba Xerox, que hizo a routed más compatible con la red y podía escalar hacia arriba con más soltura. routed fue distribuido como parte del sistema UNIX de Berkeley en lugar de integrarse estrechamente en una solución conjunta hardware/software. 35

35 UNIX de Berkeley se convirtió en un estándar del enrutamiento interior, gracias a su naturaleza abierta y a su libre distribución. Posteriormente apareció el RIP de la RFC 1058 que fue sólo una versión ligeramente modificada de routed, creado por el Grupo de ingeniería de Internet (IETF) que permitía la compatibilidad de respaldo con otros protocolos conocidos parecidos a RIP y a routed, específicamente para utilizarlo como Protocolo de Gateway interior (IGP) en redes sencillas y pequeñas Formato de un paquete RIP RIP utiliza un paquete especial para recopilar y compartir información sobre las distancias a destinos conectados en internetworking (Sportack, 2003). La Tabla 2.1 muestra la estructura de un paquete RIP. Campo de comandos 1 octeto Campo del número de versión 1 octeto Campo de ceros 2 octetos Campo AFI 2 octetos Campo de ceros 2 octetos Campo de dirección IP 4 octetos Tabla Formato de un paquete RIP (Sportack, 2003, p. 167). Campo de ceros 4 octetos Campo de ceros 4 octetos Campo de métrica 4 octetos En la tabla anterior se muestra un paquete RIP con campos de información de enrutamiento para un solo destino. Estos paquetes pueden soportar hasta 25 ocurrencias en los campos de AFI, dirección IP y métrica, dentro de un solo paquete, esto permite que un paquete se utilice para actualizar múltiples entradas en las tablas de enrutamiento. Los paquetes RIP que contienen múltiples entradas de enrutamiento sólo repiten la estructura del paquete desde el campo AFI hasta el campo de la métrica, incluyendo todos los campos de ceros. En la Tabla 2.2 se muestra un paquete RIP con dos entradas de tabla. 36

36 Campo de comandos 1 octeto Campo del número de versión 1 octeto Campo de ceros 2 octetos Campo AFI 2 octetos Campo de ceros 2 octetos Campo de dirección IP 4 octetos Campo de dirección IP 4 octetos Campo de ceros 4 octetos Campo de ceros 4 octetos Campo de ceros 4 octetos Campo de ceros 4 octetos Tabla Formato del paquete RIP con dos entradas de tabla (Sportack, 2003, p. 167). Campo de métrica 4 octetos Campo de métrica 4 octetos El campo de comandos indica si el paquete RIP fue generado como una solicitud o como respuesta a una solicitud. Se utiliza la misma estructura de trama en ambos casos: Un paquete de solicitud pide a un router que envíe toda, o parte de, su tabla de enrutamiento. Un paquete de respuesta contiene entradas de tabla de enrutamiento que van a ser compartidas con otros nodos RIP de la red, este paquete puede generarse bien en respuesta a una solicitud o como una actualización no solicitada. Cuando se genera un paquete RIP debe de almacenarse su versión, en el campo del número de versión. Los arquitectos de la RFC 1058 anticiparon el paso de tiempo y proporcionaron un campo que los nodos de RIP podían usar para identificar la versión más nueva a la que se adaptan. Este número es necesario ya que RIP ha sido actualizado a lo largo de los años, hasta la fecha solo han sido asignados dos números de versión: 1 y 2. La versión que se ha descrito anteriormente es la número 1. Los campos de ceros son un testimonio silencioso de la proliferación de los protocolos parecidos a RIP antes de la RFC La mayoría de estos campos fueron creados como medio de proporcionar una compatibilidad hacia atrás con antiguos protocolos, sin importar todas sus características patentadas. No todos 37

37 los campo de ceros se originaron para esto, si no que se dejo un campo para un uso futuro el cual sirve para dos cosas: 1. Hacer que el protocolo sea flexible en el futuro. 2. Proporciona unos medios reservados de crear consenso donde no existía previamente. El campo AFI especifica la familia de direcciones que es representada por el campo de la dirección IP. Aunque el RIP de la RFC 1058 fue creado por el IETF, lo que implicaría el uso del Protocolo Internet, fue explícitamente diseñado para proporcionar compatibilidad retrospectiva con versiones anteriores de RIP, esto significa que debía proporcionar para el transporte de enrutamiento información sobre una variedad de familias o arquitecturas de direcciones de internetworking. La dirección de internetworking es almacenada en el campo de dirección IP de 4 octetos, esta dirección puede ser un host, una red, o incluso un código de dirección Gateway predeterminado. A continuación se mencionan dos ejemplos de cómo puede variar el contenido de este campo: En un paquete de solicitud de una única entrada, este campo contendría la dirección del iniciador del paquete. En un paquete de respuesta de múltiples entradas, este paquete contendría las direcciones IP almacenadas en la tabla de enrutamiento del iniciador. Por último el campo métrico contiene el contador de métrica del paquete, que se incrementa según pasa a través de un router. El intervalo de métricas válido para este campo está entre 1 y

38 Necesidad de actualizar RIP La mayor causa por la que RIP tuvo que ser actualizado, fue por el hecho de que no podía reconocer máscaras de subred. La división de subredes no se había definido cuando se estaba desarrollando la RCF A pesar de esto, RIP fue capaz de aplicar técnicas heurísticas (de ensayo y error) para determinar si una máscara de subred era realmente una ruta de subred o una ruta de host, dado que esas máscaras permanecían constantes, de longitud fija, y eran bien conocidas a lo largo de la red. Estas condiciones eran necesarias debido a la incapacidad de RIP de publicar información de subred a los nodos RIP vecinos. Si estás condiciones no se satisfacían, las subredes no podrían ser soportadas a través de un enlace enrutado. El protocolo RIP debía subsistir ya que tenía muchas competidores poderosos y ricos en sus características como lo eran OSPF (Primero la ruta libre más corta) e IS-IS (Sistema intermedio-sistema intermedio), pero eran difíciles de utilizar, implantar o administrar. Lo anterior hizo que el IETF comisionara un comité técnico, el grupo de trabajo RIP-2, para examinar las posibilidades de actualizar RIP agregándole el soporte de máscaras de subred y otras nuevas características Protocolo de información de enrutamiento versión 2 (RIP-2) La primera propuesta de RIP-2 fue la RFC 1388, que posteriormente fue revisada y sustituida por la RFC 1723, la diferencia entre estas dos, era que la segunda sustituyo el segundo campo de dominio de 2 octetos por un campo de 2 octetos para la etiqueta de ruta (Sportack, 2003). 39

39 Al igual que RIP, su extensión RIP-2, estaba diseñado específicamente para su uso como protocolo de Gateway interior (IGP) en pequeñas redes. Su capacidad para soportar máscaras de subred, sin embargo, significaba que dispondría de un grado de complejidad de direccionamiento de red del que RIP no disponía. Este protocolo buscaba añadir funcionalidad, extender la cuenta de saltos más allá de 15, para soportar redes y sistemas autónomos mucho mayores pero también haría que RIP-2 fuera menos compatible con las versiones anteriores de RIP Formato de un paquete RIP-2 RIP-2 utiliza un formato especial, para recopilar y compartir información sobre distancias a destinos interconectados conocidos. En la Tabla 2.3 se muestra la estructura de un paquete RIP-2. Campo de comandos 1 octeto Campo del número de versión 1 octeto Campo sin uso 2 octetos Campo AFI 2 octetos Campo de etiqueta de ruta 2octetos Campo de dirección de red (IP) 4 octetos Tabla Formato de un paquete RIP-2 (Sportack, 2003, p. 202) Campo de máscara de subred 4 octetos Campo de siguiente salto 4 octetos Campo de métrica 4 octetos Campos de comandos Este campo permaneció inalterado desde RIP. Su función es indicar si el mensaje RIP-2 fue generado como una solicitud o como una respuesta a una solicitud. En los dos casos se usa la misma estructura de trama (Sportack, 2003): 40

40 Un mensaje de solicitud pide a un nodo RIP-2 que envié toda, o parte de, su tabla de enrutamiento. Estableciendo este octeto a 1 se indica que el mensaje contiene una solicitud de información de enrutamiento. Un mensaje de respuesta contiene entradas de la tabla de enrutamiento que han de ser compartidas con otros nodos RIP o RIP-2 de la red. Este mensaje puedes ser generado a una solicitud o como una actualización no solicitada. Establecer este octeto en 2 indica que el mensaje contiene una respuesta repleta de datos de enrutamiento Campo del número de versión Este campo contiene la versión del protocolo de información de enrutamiento que se utilizó para generar el paquete RIP. RIP-2 siempre establece este campo a Campo sin uso Este campo es resultado de una falta de consenso sobre como reconocer los dominios. La RFC 1388 asignó 2 octetos para un campo de dominio en la cabecera del mensaje RIP-2. A pesar del acuerdo para soportar el reconocimiento del dominio, no había un acuerdo claro sobre cómo utilizar este campo. Por lo tanto, la RFC 1723, este campo fue redesignado como sin uso. Los contenidos de este campo son ignorados por los nodos RIP-2, y los nodos RIP deben establecerlos a ceros Campo AFI Este campo sirve para varios propósitos: Cada protocolo enrutado tiene su propia arquitectura, o familia, de direcciones. Por esto, es necesario indicar qué arquitectura de direcciones 41