UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE QUERÉTARO Nombre del proyecto: DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE PRÁCTICA OSPF EN UNA RED DE ACCESO MULTIPLE Empresa: UTEQ CARRERA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN Memoria que como parte de los requisitos para obtener el título de: Técnico Superior Universitario en Tecnologías de la Información y Comunicación Área Redes y Telecomunicaciones Presenta: Vélez García José Agustín Asesor de la UTEQ MCC. Carlos Humberto Yee Rodríguez Asesor de la Organización Ing. Jorge Ramiro Alvarado de la Vega Santiago de Querétaro, Qro. Septiembre de 2013
RESUMEN El presente proyecto se ha elaborado con la finalidad de facilitar el aprendizaje tecnológico de redes, por lo tanto es necesario la implementación de una práctica guiada que permita agilizar la comprensión del protocolo OSPF. Básicamente el proyecto consta de 2 apartados a desarrollarse. El primer apartado muestra el desarrollo, concepto configuración y funcionamiento de la propuesta técnica El segundo apartado consta de la elaboración de la práctica, para la mejor comprensión del tema. La interacción con los comandos y los procesos hacen más digerible el protocolo; observado su función y su comportamiento. (Palabras clave: protocolo, router designado, sin clase, adyacencia, LSA) 2
DESCRIPTION My Project consists on developing a practice about the OSPF protocol and I am preparing to get the CISCO certification (CCNA). The work area has internet, it has very comfortable chairs, tables, air conditioning and desktops computers. In general it is very nice and appropriate to work, my advisor is the Ing. Carlos Humberto Yee Rodriguez who is a thin person, medium height with experience and knowledge. 3
DEDICATORIAS Dedico este proyecto a Dios y a mi familia. A Dios porque siempre ha estado conmigo a cada paso de doy, cuidándome, fortaleciéndome para continuar, a mis padres que a lo largo de mi carrera me han apoyado incondicionalmente siéndome de apoyo en todo momento. Gracias familia por depositarme su entera confianza en este reto que por fin termina. Gracias por todo lo amo con tomo mi corazón. Agustín Vélez, Oliva García, María Susana, Miguel Vélez y María de Jesús 4
AGRADECIMIENTOS Agradezco de todo corazón a Dios por acompañarme en todo momento, por levantarme en los días de debilidad, por los dones que me dio y la sabiduría que proviene de él. A mis padres, gracias por todo el apoyo incondicional que me han brindado, por los obstáculos que me han ayudado a librar, por todo el amor que he recibido. Gracias por su comprensión y paciencia; esto es para ustedes los amo. A mis hermanos, gracias por la ayuda que siempre me brindaron, al soportarme gracias, por motivarme a seguir adelante y de no retroceder, los amo. A María de Jesús, gracias por apoyarme emocionalmente y en muchos casos materialmente. Tú apoyo fue de gran bendición para mis estudios, te amo. A mis profesores, todo lo que he logrado hasta en este momento provienen de ustedes, gracias por todo el apoyo que me brindaron y los conocimiento que me compartieron. 5
ÍNDICE Pág. RESUMEN... 2 DESCRIPTION... 3 DEDICATORIAS... 4 AGRADECIMIENTOS... 5 ÍNDICE... 6 I. INTRODUCCIÓN... 8 II. ANTECEDENTES...10 III. JUSTIFICACIÓN...11 IV. OBJETIVOS...12 V. ALCANCE...13 VI. ANÁLISIS DE RIESGO...14 VII. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA...15 VIII. PLAN DE ACTIVIDADES...16 IX. RECURSOS MATERIALES Y HUMANOS...17 X. DESARROLLO DEL PROYECTO...18 X.I Investigación del protocolo OSPF...18 Paquetes de estado de enlace (LSP)...18 Protocolo de saludo...19 Algoritmo OSPF...20 Habilitación del enrutamiento OSPF...20 Determinación de la ID del router...21 6
Comandos para observar el ID del router OSPF...22 Métrica de OSFP (Costo)...23 Más sobre la configuración de OSPF...24 X.II Diseño de la red...25 Diseño físico...25 Diseño lógico...26 X.III Implementación...30 X.IV Pruebas de funcionamiento...30 XI. RESULTADOS OBTENIDOS...35 XII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES...36 XIII. BIBLIOGRAFÍA...37 7
I. INTRODUCCIÓN Hoy en día las empresas invierten una gran cantidad de recursos para la implementación de sistemas informáticos y de comunicación. Uno de los puntos más importantes son las redes LAN (Red de área local) y WAN (Red de área amplia). Sin embargo por falta de conocimientos en el área de las redes se debe vigilar este elemento para evitar problemas en la red o alguna fuga de información dentro de la organización o compañía. En un mundo denominado por los medios electrónicos y la tecnología de la información, resulta imprescindible conocer cómo funcionan las redes. Gracias al programa de educación de CCNA de Cisco (Cisco Networking Academy), es posible comprender el funcionamiento de las redes. Normalmente, para establecer o implementar una red convergente es necesario conocer los protocolos de enrutamiento, como los son vector distancia (RIP, IGRP, EIGRP) y de estado de enlace (IS-IS, OSPF), protocolos de Gateway interior. Open Shortest Path First (OSPF) es un protocolo de enrutamiento de estado de enlace, es un protocolo de enrutamiento sin clase que utiliza el concepto de áreas para realizar la escalabilidad. Las principales ventajas de OSPF son su rápida convergencia y escalabilidad a implementaciones de redes de gran tamaño. 8
La práctica guiada como caso práctico propuesto es este documento, permitirá a los estudiantes seguir el proceso sobre la implementación y el funcionamiento de OSPF de área única. Las configuraciones y conceptos de OSPF más complejos se reservan en este documento. 9
II. ANTECEDENTES La educación informática conduce al usuario a través de las características y funciones más importantes como aplicaciones de software, dispositivos de hardware, procesos, diseños de sistemas, diseños de red y lenguajes de programación. En la actualidad, el conocimiento en las redes informáticas es muy escaza, por lo cual surge la necesidad de desarrollar una práctica guiada sobre el protocolo Open Shortest Path First (OSPF) ya que es un tema de los más complejos e importantes dentro del material de Cisco Networking Academy Exploration CCNA 2, por lo que es necesario complementar el material que contiene la curricula. 10
III. JUSTIFICACIÓN La implementación de la práctica guiada con una secuencia lógica permitirá al usuario que entienda todos los componentes del protocolo de estando de enlace y la documentación necesaria para marcar una serie de pasos y conceptos que van argumentando el concepto de OSPF. Para la simulación de la red es necesario del software Packet Tracer el cual permitirá visualizar la configuración y el desarrollo de la práctica de OSPF; de tal manera que el procedimiento ayude con la comprensión del protocolo. 11
IV. OBJETIVOS Diseñar e implementar una práctica guiada que permita a los usuarios consultar y observar las características, comandos para la configuración y análisis del protocolo de estado de enlace OSPF. 12
V. ALCANCE El proyecto se centraliza en la elaboración de una práctica guiada; donde lleva pequeños compilados de instrucciones destinados a los usuarios que no tiene la capacidad del manejo necesario para utilizar un dispositivo o servicio. 13
VI. ANÁLISIS DE RIESGO En este apartado se realizó un análisis de los posibles riesgos que podrían retrasar el proyecto. En la Tabla 1 se observa las limitaciones o posibles problemas para el desarrollo del proyecto. Riesgo Descripción Solución Calendarización Sobrepasar el tiempo previsto a la estimación de tiempo. Tabla 1. Riesgos Desarrollar un plan de actividades con tiempos. 14
VII. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA Los protocolos de enrutamiento dinámico se adoptan automáticamente a los cambios de la topología de la red o del tráfico; ayudan al administrador de red a superar el proceso exigente y prolongado que implica configurar y mantener rutas estáticas. Los protocolos de vector distancia como su nombre lo indica, el vector distancia significa que las rutas son publicadas como vectores distancia y dirección. La distancia se define en términos de una métrica como el conteo de saltos o el ancho de banda. Los routers con un protocolo de vector distancia no conoce toda la red en cambio solo conoce: la dirección o interfaz en la que se envía y reciben paquetes (vecinos) y la distancia del destino. A los protocolos de enrutamiento de estado de enlace también se les conoce como protocolos shortest path first y se desarrollan en torno al algoritmo shortest path first (SPF) de Edsger Dijkstra. Hay dos protocolos de enrutamiento de estado de enlace para IP: OSPF (Open Shortest Path First) e IS-IS (Intermediate-Systemto-Intermediate-System). Los routers de estado de enlace utilizan algoritmos Dijkstra para calcular las rutas más cortas hacia su destino, y por lo general actualizan a otros routers con los cuales se encentran conectados sólo cuando sus propias tablas de enrutamiento cambian. 15
VIII. PLAN DE ACTIVIDADES Se diseñó un plan de actividades el cual se siguió con orden según las tareas asignadas, para realizar satisfactoriamente el proyecto Protocolo de enrutamiento estado de enlace OSPF. La Figura 1 hace referencia al plan de actividades. Figura 1. Plan de actividades 16
IX. RECURSOS MATERIALES Y HUMANOS Para la realización del proyecto se estimó los siguientes recursos materiales: Software Packet Tracer. Cisco Networking Academy, Exploration CCNA 2. 17
X. DESARROLLO DEL PROYECTO En los siguientes apartados se describen las diferentes etapas propuestas en el plan de actividades para el desarrollo e implementación de la práctica guiada de OSPF. X.I Investigación del protocolo OSPF OSPF (Open Shortest Path First) es un protocolo de enrutamiento de estado de enlace sin clase. La versión actual de OSPF para IPv4 es OSPFv2. OSPF tiene una distancia administrativa predeterminada de 110 y se indica en la tabla de enrutamiento con un código de origen de ruta de O. OSPF no utiliza un protocolo de capa de transporte ya que los paquetes OSPF se envían directamente a través de IP. OSPF utiliza el paquete de saludo OSPF para establecer adyacencias de vecinos. La porción de datos de un mensaje OSPF se encapsula en un paquete. Este campo de datos puede incluir uno de cinco tipos de paquetes OSPF. Paquetes de estado de enlace (LSP) Saludo. Descubre los vecinos y contribuye adyacencias entre ellos Descripción de la base de datos (DBD). Controla la sincronización de la base de datos entre routers. Solicitud de estado de enlace (LSR). Solicita registro específicos de estado de enlace de router a router. 18
Actualización de estado de enlace (LSU). Envía los registros de estado de enlace específicamente solicitados, se utilizan para responder las LSR. Las LSU contiene siete tipos diferentes de notificaciones de estado de enlace (LSA) a menudo suele identificar iguales a las LSU con LSA. Acuse de recibo de estado de enlace (LSAck). Reconoce los demás tipos de paquetes. Protocolo de saludo Los routers OSPF envían paquetes de saludo a todas las interfaces habilitadas con OSPF para determinar si hay vecinos en dichos enlaces. La información en el saludo de OSPF incluye la ID del router OSPF del router que envía el paquete de saludo. Los paquetes de saludo son utilizados por redes de acceso múltiple para elegir un router designado (DR) y un router designado de respaldo (BDR). DR y BDR se describen más adelante. El intervalo de saludo OSPF en topologías punto a punto y multiacceso es de 10 segundos; y el intervalo muerto es proporcional a cuatro veces mayor. En caso en las topologías multiacceso sin broadcast (NBMA) (Frame Relay, X.25, ATM) es de cada 30 segundos. Nota. Los tiempos de saludo e intervalos muertos deben de coincidir en ambos routers (interfaces) para poder establecer la comunicación (enlace). 19
Algoritmo OSPF Durante él envió de LSA notificaciones y actualizaciones una vez que un router recibió todas las LSA y creo su base de datos de estado de enlace local, OSPF utiliza el algoritmo shortest path first (SPF) de Dijkstra para crear un árbol SPF. El árbol SPF luego se utiliza para completar la tabla de enrutamiento IP con las mejores rutas para cada red. Nota. OSPF crea una base de datos de estado de enlace. Habilitación del enrutamiento OSPF OSPF se habilita con el comando de configuración global router ospf process-id. El comando process-id es un numero entre 1 y 65535 elegido por el administrador de red, el id puede ser diferentes pero para una mejor administración se recomienda utilizar el mismo. El comando network de OSPF, se debe especificar la dirección de red, la máscara wildcard lo inverso de la máscara de subred y el ID de área. Por ejemplo: Router(config)# router ospf 1 Router(config-router)#network 172.16.1.1 0.0.0.3 area 0 El área area-id hace referencia al área OSPF. Un área OSPF es un grupo de routers que comparte la información de estado de enlace. Todos los routers OSPF en la misma área deben tener la misma información de estado de enlace en sus bases 20
de datos. Una red OSPF también puede configurarse como áreas múltiples donde el área 0 se convierte en el área de backbone. Determinación de la ID del router La ID del router OSPF se utiliza para identificar en forma exclusiva cada router en el dominio de enrutamiento OSPF y para señalar el router designado (DR) y el router designado de respaldo (BDR). Los routers de Cisco obtienen la ID del router conforme a tres criterios y con la siguiente prioridad: Utilizar la dirección IP configurada con el comando router-id de OSPF. Si router-id no está configurado, el router elige la dirección IP más alta de cualquiera de sus interfaces loopback. Si no hay ninguna interfaz loopback configurada, el router elige la dirección IP activa más alta de cualquiera de sus interfaces físicas. La ID del router puede modificarse con la dirección IP de un comando routerid de OSPF subsiguiente, volviendo a cargar el router o utilizando el siguiente comando: Router#clear ip ospf process Nota: El comando router-id de OSPF se introdujo en IOS 12.0 (T) y tiene prioridad sobre direcciones IP físicas y de loopback en la determinación de la ID del router. En vez de confiar en la ID del router para decidir cuales routers se elegirán como DR Y BDR, es mejor controlar la elección de dichos routers con el comando ip ospf priority. Ejemplo: Router(config-if)#ip ospf priority {0-255} 21
El router con la prioridad más grande trabajara como DR y el segundo más grande como BDR. Es posible que dos routers no formen adyacencia OSPF si: Las máscaras de subred no coinciden, esto hace que los routers se encuentren en redes separadas. Los temporizadores muerto y de saludo de OSPF no coinciden. Los tipos de redes OSPF no coinciden. Hay un comando network de OSPF faltante o incorrecto. En la práctica se manipulo la selección de DR y BDR con las prioridades. Las pautas de la práctica guiada consisten en establecer un router como DR, y otro como BDR y denegar la participación para la elección de DR/BDR a un router con prioridad 0. Comandos para observar el ID del router OSPF show ip protocols. Despliega información acerca del protocolo de enrutamiento incluyendo redes anunciadas, vecinos de enrutamiento, temporizadores, últimas actualizaciones e ID del router. show ip ospf. Muestra como está corriendo el protocolo de enrutamiento OSPF en un router particular. Incluyendo el número de veces que se ha ejecutado el algoritmo SPF, el cual muestra la estabilidad de la red. show ip ospf interface. Muestra los detalles de la interfaz, si está activo el enlace, tiempo de saludo, intervalo muerto y el router ID entre otros. 22
show ip ospf neighbor. Muestra los vecinos en función de cada interfaz, el ID o dirección IP, la prioridad el estado entre otros. Cuando el enlace está en up y down, se le denomina enlace inestable esto puede provocar que vuelva a calcular el algoritmo SPF para minimizar esto el router espera 5 segundos (5000 milisegundos) después de recibir una LSU, existe un tiempo en espera adicional de 10 segundos (10000 milisegundos) retraso. Métrica de OSFP (Costo) OSPF utiliza el costo como métrica para determinar la mejor ruta. La mejor ruta se determina por el costo más bajo, el costo está basado con el ancho de banda de la interfaz. El costo se calcula con la fórmula 108/ancho de banda. El ancho de banda de referencia es 100 Mbps por defecto. Se puede modificar usando el comando ip ospf cost o bandwidth. El costo de una ruta OSPF es el valor acumulado desde un router hasta la red de destino. Nota. Generalmente, la velocidad real de un enlace es diferente al ancho de banda real del enlace; el comando show interface o show ip ospf interface mostrara el ancho de banda o el costo. El comando ip ospf cost es útil en entornos de varios fabricantes, donde los routers que no son de Cisco. La principal diferencia entre los dos comandos es que el comando bandwidth utiliza el resultado del cálculo de costo para determinar el costo del enlace. El comando ip ospf cost evita este cálculo al establecer directamente el costo del enlace en un valor específico. 23
Más sobre la configuración de OSPF El router conectado a internet se utiliza para propagar una ruta por defecto a otros routers en el dominio de enrutamiento OSPF. A este router se le denomina a veces router de borde, sin embargo en OSPF se denomina Autonomous System Boundary Router (ASBR). Ejemplo de una ruta por defecto y el comando con el cual se distribuye. R1(config)#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 loopback 1 R1(config-router)#default-information originate La interface loopback en la práctica, se maneja como un proveedor de servicios de internet (ISP), donde el objetivo es propagar la ruta predeterminada (default) a todos los demás routers de la red por medio de las actualizaciones del protocolo OSPF. El ancho de banda de referencia es el valor de ancho de banda de cada interfaz se calcula 100 000 000/ancho de banda, el ancho de banda se le conoce cono 10 a la octava (108). Para obtener cálculos de costo más precisos, puede ser necesario ajustar el valor de ancho de banda de referencia. R1(config-router)#auto-cost reference-bandwidth? 1-4294967 Mbps 24
X.II Diseño de la red Para la elaboración de la práctica guiada se elaboró un diseño de red el cual cuenta con 8 routers, 6 de ellos conectados a un switch de manera que se construya una red de acceso múltiple. Adicionalmente se conectaron 2 routers punto a punto a la red de acceso múltiple. Los modelos de los routers y de los switches no están establecidos en la práctica, dejando al usuario en libertad de elegir el modelo. A continuación se muestra el diseño físico y el diseño lógico de la red. Diseño físico La práctica se basa en una red de acceso múltiple, ya que ya topología punto a punto para OSPF no requiere de seleccionar un router designado y el router designado de respaldo. En la redes de acceso múltiple el problema es la cantidad de adyacencias que crece exponencialmente lo que conlleva a la saturación de las LSA (Notificación de estado enlace). Para comprender el problema de las adyacencias múltiples, se necesita una formula. Para cualquier cantidad de routers (designado como n) en una red de acceso múltiple, habrá n (n - 1) / 2 adyacencias esto es igual a la cantidad de adyacencias que se produce en la red. En la Figura 2 se puede observar el diseño en el cual se basa la práctica. 25
Diseño lógico La práctica se diseñó con un esquema de direccionamiento donde se requiere dividir la red 172.16.0.0/16 eficientemente para satisfacer las necesidades de los hosts para la red, en la Tabla 2 se puede ver la necesidad de direccionamiento necesario. 26
Figura 2. Red de acceso múltiple (OSPF) 27
Nombre de la subred Cantidad de host Edificio A 800 Edificio B 400 Edificio C 300 Edificio D 200 Edificio E 100 Edificio F 50 Edificio G 30 Edificio H 20 Tabla 2. Direcciones de host Después de haber realizado la segmentación lógica se procedió a completar una tabla de direccionamiento que se muestra en la Figura 3. 28
Figura 3. Tabla de direccionamiento. A continuación se implementó la configuración básica en los routers de la práctica con los parámetros de contraseñas de consola, vty, enable, nombre del dispositivo, desactivar búsqueda DNS, mensajes de día y configuración de las interfaces conectadas directamente. 29
X.III Implementación Una vez ya desarrollado el diseño físico y lógico se prosigue con la implementación de la red en el software Packet Tracer, utilizando el diseño propuesto en la práctica guiada. En el Anexo A se presenta el formato de la práctica guiada del protocolo de OSPF. X.IV Pruebas de funcionamiento Durante el desarrollo de la práctica se realizaron pruebas con los dispositivos de la red, con objetivo de comprobar el funcionamiento y contrastar los estudios teóricos. Las pruebas y los resultados se presentan a continuación. El resultado del VLSM con sus direcciones validas en cada interface y dispositivo de la red se puede observar claramente en la Figura 4. 30
Figura 4. Tabla de direccionamiento Una vez configurado el protocolo OSPF en todos los routers y la ruta estática hacia la dirección de loopback (simulación al ISP), se procedió a verificar la convergencia de la red a través de la revisión de las tablas de ruteo tal y como se muestra en la Figura 5. 31
Figura 5. Tabla de enrutamiento (Edificio A) Después de ver cuál es el router designado y el router designado de respaldo, la práctica menciona establecer el router llamado Edificio C como router designado y el router (Edificio E) como router designado de respaldo. En la Figura 6 se puede observar que el DR es el router llamado Edificio-C con su ID 172.16.10.17 en la interface Fast Ethernet 0/0. 32
Figura 6. Router designado (Edificio C) En la práctica hace referencia en cambiar el costo del enlace del routers llamado Edificio G a 32. En la Figura 7 se puede observar el cambio en el costo para los destinos fuera de esa red. 33
Figura 7. Costo 34
XI. RESULTADOS OBTENIDOS La investigación tuvo como resultado mostrar como en una red de acceso múltiple se hace presente la elección de un router designado y un router designado de respaldo para la manipulación de notificaciones y actualizaciones de la red del protocolo OSPF. Los resultados obtenidos permiten señalar que los objetivos y alcances se han logrado, por cuanto se han sistematizado los puntos más relevantes respecto al protocolo OSPF, pudiéndose por lo tanto analizarlo ordenadamente para una mejor comprensión. Por otra parte se generó una práctica guiada que se puede observar en el Anexo A. 35
XII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES La elaboración de la práctica guiada sobre el protocolo OSPF del material de CISCO se realizó de manera exitosa puesto que se cumplió el objetivo propuesto. Se implementó una red de acceso múltiple, esto con el propósito de manipular la elección del router designado (DR) y el router designado de respaldo (BDR), con el fin de controlar las actualizaciones y evitar la congestión de la red. Este proyecto está basado para la configuración y el conocimiento del protocolo OSPF básico. Para tener un amplio conocimiento del protocolo de Gateway interior se recomienda profundizar más en el material de Cisco Networking Academy CCNA 2. 36
XIII. BIBLIOGRAFÍA Conceptos y protocolos de enrutamiento, Cisco Networking Academy, CISCO_CCNA/Exploration2IntSpanish/theme/cheetah.html, 2007 Cisco Systems. Inc. Elementos Básicos para la Presentación de un Proyecto de Investigación, http://investigacion.uach.cl/archivos/elementosbasicos_para_presentar_proyecto.p df 37