INSTITUTO TECNOLOGICO DE MORELIA

1
Sistemas Distribuidos
Clase 6
Algoritmos de Ruteo
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Algoritmos de Ruteo
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Ruteadores

• Definición
• Un ruteador es un dispositivo que se encarga de
  mover paquetes de datos de una red a otra (pueden
  ser entre redes LAN o WAN o una combinación de
  ambas).
• Funcionamiento
• Se basan en tablas y protocolos de ruteo. Los
  ruteadores se encargan de leer las direcciones de
  red a donde van los paquetes y se encargan de
  asignar la mejor ruta posible para que logren
  llegar

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Ruteadores

• Métricas
• Para encontrar el mejor camino para un paquete
  utilizan métricas que se basan en tráfico,
  costos, distancias, velocidades, ancho de banda,
  saltos, etc).
• Capa de funcionamiento
• Los ruteadores trabajan en la capa 3 (Red)
  mientras que los switchs lo hacen en la capa 2
  (Enlace) y los Hubs en la 1 (Física).

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Ruteadores- Protocolos

• Protocolos Empleados
• Son capaces de soportar varios protocolos como
  IP, IPX, AppleTalk y DECnet pero solamente pueden
  buscar rutas para protocolos que soporten ruteo
  como son IP o IPX.
• Los mensajes de protocolos no ruteables como
  NetBIOS y LAT, no pueden ser ruteados, solamente
  transferidos de LAN a LAN por medio de un puente
  (bridge). Los mensajes, que utilizan estos
  protocolos, para encontrar su destino es la
  dirección MAC Address (como lo hace el switch).

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Ruteadores- Protocolos

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Ruteadores- Protocolos

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Ruteadores- Ubicación

• Ubicación de los ruteadores en una red
• 1) Backbone
• Los ruteadores más grandes se encuentran en el
  backbone y enlazan mensajes a lo largo del
  backbone.
• 2) Conexión al Backbone
• Los ruteadores medianos se encargan de enviar
  mensajes de una Lan a un Backbone.
• 3) Lan a LAN
• Son lo que conectan un segmento de red con otro
  segmento y normalmente son los ruteadores más
  pequeños.

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Ruteadores- Ubicación
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Ruteadores- Protocolos de Ruteo

• Protocolos de Ruteo
• Los protocolos de ruteo se basan en algoritmos
  para encontrar y determinar la mejor ruta desde
  un punto inicial a uno final.
• Indicando los diferentes puntos por donde debe de
  pasar un paquete para alcanzar su destino.
• Estos puntos intermedios por donde debe de pasar
  el paquete son los diferentes ruteadores.

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Ruteadores- Protocolos de Ruteo

• Protocolos de Ruteo
• Los protocolos de ruteo también verifican y
  comunican el estado de los ruteadores que se
  encuentran a su alrededor.
• Esto es con el fin de poder cambiar en forma
  dinámica los caminos que deben de seguir los
  paquetes y no se queden atorados en algún camino.

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Ruteadores- Protocolos de Ruteo
Tablas y Protocolos de Ruteo

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Ruteadores- Tipos de Enrutamiento

• Tipos de Enrutamiento
• 1) Estático
• Es una ruta fija preprogramada por el
  administrador de la red. Las rutas estáticas no
  pueden utilizar los protocolos de enrutamiento y
  no se actualizan por sí solas después de recibir
  mensajes de actualización, deben actualizarse
  manualmente.
• 2) Dinámico
• Son los que utilizan los protocolos de
  enrutamiento y calculan automáticamente las rutas
  a partir de los mensajes de actualización. La
  mayoría de las redes son dinámicas.

• 6) Manual de CISCO - Tom Shaughnessy con Toby
  Velte / traducción de la primera versión en
  inglés / McGraw Hill / Madrid España 2002 / ISBN
  84-481-2727-7

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Ruteadores- Convergencia

• Definición
• Se le denomina Convergencia al instante de tiempo
  que ocurre cuando se logra que todos los
  ruteadores de una red, se han puesto de acuerdo
  en una misma topología.
• La topología es la forma es que están conectados
  los ruteadores de la red, así como todos las
  rutas posibles que hay entre ellos.

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Ruteadores- Convergencia

• Definición
• Los cambios en la topología sucede cuando un
  enlace de un ruteador o un ruteador completo se
  ha caído o se ha agregado.
• Lo cual afecta en la cantidad de rutas posibles
  para los paquetes, las cuales hay que recalcular.

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Ruteadores- Topología

• Percepción de la Topología Para poder conocer la
  topología de la red, los ruteadores hacen lo
  siguiente
• Cada ruteador envía mensajes hola a los
  ruteadores vecinos más cercanos a intervalos
  fijos (por ejemplo, una vez cada 90 segundos).
• Si los ruteadores no reciben un mensaje de
  reconocimiento ACK (Acknowledge) en un periodo
  especificado (por ejemplo, 3 minutos) declaran
  esa ruta inválida.

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Ruteadores- Topología

• Percepción de la Topología
• Si no hay un ACK dentro de un intervalo largo
  (por ejemplo, 7 minutos) el ruteador y las rutas
  que van hacia él se eliminan de la tabla de
  enrutamiento, por lo que se recalculan todas las
  rutas de la red.
• Problemas de Convergencia
• Un tiempo de convergencia breve es uno de los
  objetivos de diseño cuando se implementa una
  topología de red.
• En redes grandes, se requieren de varias
  actualizaciones entre ruteadores para lograr
  converger.

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Ruteadores- Problemas de Convergencia

• La longitud del tiempo de convergencia depende
  del protocolo de enrutamiento utilizado, del
  tamaño de la red y del lugar donde se producen
  los cambios.
• Un tiempo elevado de convergencia es un síntoma
  de un funcionamiento pobre de la red.
• El principal factor que afecta la convergencia es
  el retardo de propagación.

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Ruteadores- Retardo de Propagación

• Definición
• Es el retardo entre el instante en el que se
  envía el paquete y el momento en el que llega a
  su destino.
• Por lo que no todos los ruteadores reciben al
  mismo tiempo las actualizaciones de la topología.
• Las grandes redes tienen decenas de ruteadores,
  cientos de segmentos conectados y miles de
  equipos, donde cada uno de ellos es una fuente
  potencial de cambios.

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Ruteadores- Retardo de Propagación

• Cuanto mayor es el tamaño de la red, mayor es el
  retardo de propagación y cuantas más rutas
  redundantes se utilicen, más grande es la
  posibilidad de confusión.
• Bucles de Enrutamiento
• Definición
• El retardo de propagación no debería ser un
  problema si los ruteadores convergieran antes de
  que aparezcan nuevos cambios.

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Ruteadores- Bucles de Enrutamiento

• Cuanto mayor es el retardo de propagación, hay
  mayor posibilidad de generar bucles de
  enrutamiento.
• Un bucle de enrutamiento ocurre cuando los
  paquetes en una red no logran alcanzar su destino
  debido a conflictos de información en las tablas
  de ruteo.
• Esto ocurre cuando se producen muchos cambios, y
  antes de converger, vuelven a suceder cambios en
  la topología de la red creando los bucles, por lo
  que los paquetes no alcazan su destino.

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Ruteadores- Evitar Bucles

• Para evitar los ciclos, los protocolos de
  enrutamiento incorporan una serie de mecanismos,
  como son
• 1) Mantener inactiva
• No enviar mensajes de una ruta caída durante
  cierto tiempo en lo que los ruteadores confirman
  el estado del enlace.
• 2) División de horizontes.
• El objetivo es no anunciar una ruta hacia atrás
  en la dirección de la misma ruta.
• 3) Actualización inversa hostil
• Se envían mensajes de actualización de
  enrutamiento que indica que una red no es
  alcanzable.

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Ruteadores- Métricas

• Definición
• Una métrica de enrutamiento es un valor que usa
  un protocolo de enrutamiento para influir en las
  decisiones de enrutamiento.
• La información de la métrica se almacena en
  tablas de enrutamiento y la utilizan los
  algoritmos de enrutamiento para determinar las
  rutas óptimas hacia los destinos.

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Ruteadores- Métricas

• Definición
• Las métricas más utilizadas son
• 1) Costo
• Es el costo teórico que se usa para representar
  el tiempo, dificultad, riesgo y otros factores
  relacionados con una ruta.
• 2) Distancia
• No es distancia física en kilómetros o metros de
  cable, sino una distancia teórica. La mayoría de
  las métricas de distancia se basan en el número
  de saltos de una ruta.

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Ruteadores- Métricas

• 3) Ancho de banda
• Para esto se utiliza el rango del ancho de banda
  de un enlace de red.
• 4) Carga de tráfico
• Es un número que representa la cantidad de
  tráfico, como el número y tamaño de los paquetes,
  que viajan sobre un enlace durante un periodo de
  tiempo especificado

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Ruteadores- Métricas

• 5) Retardo
• Se basa en el tiempo que transcurre entre el
  inicio de un ciclo de actualización de
  enrutamiento y el momento en el que todos los
  ruteadores de una red convergen en una topología
  única.
• 6) Fiabilidad
• Es un número relativo que se usa para indicar la
  fiabilidad de un enlace.
• 7) MTU
• El tamaño máximo de un paquete (máximo de
  unidades de transmisión) que una interfaz de red
  puede manejar, normalmente se expresa en bytes.

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Ruteadores- Protocolos

• Existen 3 tipos básicos de arquitectura de los
  protocolos de enrutamiento
• 1) Protocolos de enrutamiento de distancia
  vectorial
• Algoritmos sencillos que calculan un valor de
  distancia acumulativa entre enrutadores basándose
  en la cuenta de saltos.
• 2) Protocolos de enrutamiento de estado del
  enlace
• Algoritmos sofísticados que mantienen una
  compleja base de datos de la topología de red.
• 3) Protocolos de enrutamiento híbridos
• Una combinación de los métodos de distancia
  vectorial y de estado del enlace que intenta
  incorporar las ventajas de ambos y minimizar sus
  desventajas.

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Ruteadores- Distancia Vectorial

• En este algoritmo (conocido también como
  Bellman-Ford) los ruteadores pasan sus tablas de
  enrutamiento a sus vecinos inmediatos en todas
  direcciones.
• En cada intercambio, el enrutador incrementa el
  valor de la distancia recibida para una ruta,
  aplicando así su propio valor a esa ruta.
• La tabla actualizada se pasa después al exterior
  donde los ruteadores receptores repiten el
  proceso.

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Ruteadores- Distancia Vectorial

• Cada ruteador no necesita conocer todo lo
  relativo a otros enlaces, sólo si están allí y
  cuál es la distancia aproximada hasta ellos.
• Se actualizan cada X tiempo definido previamente
  (p. e. 30 segs.), por lo que no se puede saber el
  estado de los enlaces hasta que se hacen las
  actualizaciones.
• De lo anterior se ve que es lento de converger.
• Es susceptible a caer en bucles de enrutamiento.
• La mayoría de ellos están limitados a 16 saltos y
  se utilizan en redes de menos de 50 ruteadores.
• Los protocolos más utilizados son RIP e IGRP.

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Ruteadores- Distancia Vectorial

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Ruteadores- Estado del Enlace

• También es conocido como SPF (Shortest Path First
  Primero el Camino Más Corto).
• Se basan en el estado de los enlaces de red que
  forman las rutas.
• El enrutamiento de estado del enlace lo
  administran los eventos.
• Siempre que cambia el estado de un enlace, los
  ruteadores intercambian una actualización de
  enrutamiento denominada LSA (Link State
  Advertisement Aviso del Estado del Enlace).

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Ruteadores- Estado del Enlace

• Cuando un ruteador recibe una LSA, se utiliza el
  algoritmo del estado del enlace para recalcular
  la ruta más corta hacia los destinos afectados
• Este protocolo de enrutamiento intenta conocer
  siempre en todo momento la topología de la red,
  mediante la actualización, siempre que sucede un
  cambio.
• Los cálculos del estado del enlace se basan en el
  algoritmo de Dijkstra (el cual también se conoce
  como el algoritmo SPF).

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Ruteadores- Estado del Enlace

• Con este algoritmo se obtienen rutas nuevas, en
  vez de aplicar simplemente nuevos valores
  distancia a las rutas ya conocidas.
• Las nuevas rutas calculadas por SPF se introducen
  en la tabla de enrutamiento actualizada.
• Estas entradas incluyen valores recalculados de
  todas las métricas configuradas para utilizarlas
  en la implementación del estado del enlace.
• Las métricas posibles son costo, retardo, ancho
  de banda, fiabilidad y otras.

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Ruteadores- Híbridos

• Los protocolos de enrutamiento híbrido utilizan
  métricas de distancia vectorial más precisas en
  un protocolo diseñado para converger rápidamente.
• Existe un estándar abierto para este protocolo.
• Existe otra versión propietaria de CISCO que se
  llama EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing
  Protocol Protocolo de Enrutamiento de Pasarela
  Interior Mejorada).

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Ruteadores- CISCO

• CISCO
• Es la compañía lider en el área de ruteadores.
• La compañía produce ruteadores de todos tipos y
  capacidades.
• La compañía ha elaborado e implementado los
  protocolos de ruteo más populares de la
  actualidad así como el desarrollo de nuevos
  protocolos.
• Los ruteadores de la familia CISCO 7500 tienen la
  capacidad de procesar 250,000 paquetes por
  segundo.

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Ruteadores- CISCO 7500
Ruteador CISCO 7500

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Fin
Algoritmos de Ruteo