1 clase 6 “algoritmos de ruteo” sistemas distribuidos

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Clase 6

“Algoritmos de Ruteo”

Sistemas Distribuidos

Algoritmos de Ruteo

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

RuteadoresRuteadores

• Router http://www.techweb.com/encyclopedia

http://www.techweb.com/encyclopedia








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).

RuteadoresRuteadores










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).

Ruteadores- ProtocolosRuteadores- Protocolos










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.

Ruteadores- UbicaciónRuteadores- Ubicación

Ruteadores- UbicaciónRuteadores- Ubicación

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.

Ruteadores- Protocolos de RuteoRuteadores- 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.













Tablas yProtocolosde Ruteo









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.

Ruteadores- Tipos de EnrutamientoRuteadores- Tipos de Enrutamiento

• 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

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.

Ruteadores- ConvergenciaRuteadores- 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.

Ruteadores- ConvergenciaRuteadores- Convergencia


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.

Ruteadores- TopologíaRuteadores- 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.

Ruteadores- TopologíaRuteadores- Topología


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.

Ruteadores- Problemas de ConvergenciaRuteadores- Problemas de Convergencia


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.

Ruteadores- Retardo de PropagaciónRuteadores- 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 EnrutamientoBucles de Enrutamiento

Definición:

El retardo de propagación no debería ser un problema si los ruteadores convergieran antes de que aparezcan nuevos cambios.

Ruteadores- Retardo de PropagaciónRuteadores- Retardo de Propagación


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.

Ruteadores- Bucles de EnrutamientoRuteadores- Bucles de Enrutamiento


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.

Ruteadores- Evitar BuclesRuteadores- Evitar Bucles


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.

Ruteadores- MétricasRuteadores- 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.



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



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.



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.



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.

Ruteadores- Distancia VectorialRuteadores- 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.



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).

Ruteadores- Estado del EnlaceRuteadores- 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).



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.



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).

Ruteadores- HíbridosRuteadores- Híbridos


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.

Ruteadores- CISCORuteadores- CISCO










Ruteadores- CISCO 7500Ruteadores- CISCO 7500


RuteadorCISCO 7500









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