Componentes y Funciones de un Router

Un router conecta múltiples redes. Esto significa que tiene varias interfaces, cada una de las cuales pertenece a una red IP diferente. Un router es una computadora y, al igual que esta, tiene diferentes componentes de hardware: CPU (Unidad Central de Procesamiento), ROM (Memoria de Solo Lectura) y RAM (Memoria Volátil de Acceso Aleatorio). Un router tiene dos funciones básicas:

• Unir redes, enviando información entre ellas.
• Determinar la mejor ruta para enviar los paquetes.

CPU

Ejecuta las instrucciones del sistema operativo, como el inicio del sistema y las funciones de enrutamiento y conmutación.

RAM

Los datos contenidos en la RAM se borran al apagar o reiniciar el equipo. Almacena instrucciones y datos necesarios como:

• S.O: El IOS que se copia en la RAM al inicio.
• Archivo de configuración en ejecución: El «running-config» donde se almacenan los comandos de configuración que utiliza el IOS actualmente.
• Tabla de enrutamiento IP: Es un archivo donde se almacena la información sobre redes remotas y las conectadas directamente. Se usa para determinar la mejor ruta.
• Caché ARP: Contiene la tabla donde está relacionada la dirección IP con la dirección MAC. También se suele almacenar a qué interfaz está conectada.
• Búfer de Paquetes: Los paquetes se almacenan de forma temporal antes de enviarlos por la interfaz correspondiente.

ROM

Es como la BIOS de un PC. La ROM usa un firmware. En la ROM se guarda:

• Instrucciones de bootstrap.
• Software básico de diagnóstico.
• Versión más básica de IOS.

Memoria Flash

Es un tipo de memoria no volátil, es decir, no pierde la información aunque se apague el router. Se puede escribir y borrar. Se usa como almacenamiento permanente de IOS, y luego durante el inicio se copia en la memoria RAM.

NVRAM

Es igual que la memoria Flash, es donde se almacena el archivo de configuración de inicio «startup-config».

Proceso de Arranque del Router

El proceso de arranque está conformado por cuatro etapas principales:

1. Ejecución del POST (Autodiagnóstico al Encender).
2. Carga del programa bootstrap.
3. Ubicación y carga del software Cisco IOS.
4. Ubicación y carga del archivo de configuración de inicio o ingreso al modo setup.

1. Ejecución del POST (Autodiagnóstico al Encender)

La prueba de Autodiagnóstico al Encender (POST) es un proceso común que ocurre en casi todas las computadoras durante el arranque. El proceso de POST se utiliza para probar el hardware del router. Cuando se enciende el router, el software en el chip de la ROM ejecuta el POST. Durante esta autocomprobación, el router ejecuta diagnósticos desde la ROM a varios componentes de hardware, entre ellos la CPU, la RAM y la NVRAM. Una vez finalizado el POST, el router ejecuta el programa bootstrap.

2. Carga del Programa Bootstrap

Después del POST, el programa bootstrap se copia de la ROM a la RAM. Una vez en la RAM, la CPU ejecuta las instrucciones del programa bootstrap. La tarea principal del programa bootstrap es ubicar al Cisco IOS y cargarlo en la RAM.

3. Ubicación y Carga del Cisco IOS

Ubicación del software Cisco IOS. El IOS normalmente se almacena en la memoria flash, pero también puede almacenarse en otros lugares como un servidor de Protocolo de Transferencia de Archivos Trivial (TFTP, Trivial File Transfer Protocol). Si no se puede localizar una imagen completa del IOS, se copia una versión más básica del IOS desde la ROM a la RAM. Esta versión del IOS se usa para ayudar a diagnosticar cualquier problema y puede usarse para cargar una versión completa del IOS en la RAM.

Carga del IOS. Algunos de los routers Cisco más antiguos ejecutan el IOS directamente desde la memoria flash, pero los modelos actuales copian el IOS a la RAM para que la CPU lo ejecute.

4. Ubicación y Carga del Archivo de Configuración

Ubicación del archivo de configuración de inicio. Después de cargar el IOS, el programa bootstrap busca en la NVRAM el archivo de configuración de inicio, conocido como startup-config. El archivo contiene los parámetros y comandos de configuración previamente guardados, entre ellos:

• Direcciones de interfaz.
• Información de enrutamiento.
• Contraseñas.
• Cualquier otra configuración guardada por el administrador de red.

Interfaces del Router

Puertos de administración: Los routers tienen conectores físicos que se usan para administrar el router. Estos conectores se conocen como puertos de administración. A diferencia de las interfaces seriales y Ethernet, los puertos de administración no se usan para el reenvío de paquetes. El puerto de administración más común es el puerto de consola. El puerto de consola se usa para conectar una terminal, o con más frecuencia una PC que ejecuta un software emulador de terminal, para configurar el router sin necesidad de acceso a la red para ese router. El puerto de consola se debe usar durante la configuración inicial del router.

Otro puerto de administración es el puerto auxiliar. No todos los routers cuentan con un puerto auxiliar. A veces el puerto auxiliar puede usarse de maneras similares al puerto de consola. También puede usarse para conectar un módem.

Interfaces LAN: Las interfaces LAN se usan para conectar el router a la LAN, del mismo modo que se utiliza la NIC Ethernet de una PC para conectar la PC a la LAN Ethernet. Del mismo modo que la NIC Ethernet de la PC, la interfaz Ethernet del router también tiene una dirección MAC de Capa 2 y participa en la LAN Ethernet al igual que cualquier otro host en esa LAN. Por ejemplo, la interfaz Ethernet del router participa en el proceso ARP para esa LAN. El router mantiene un caché ARP para esa interfaz, envía solicitudes de ARP cuando es necesario y produce respuestas ARP cuando se requieren. La interfaz Ethernet del router normalmente usa un jack RJ-45 que admite un cableado de par trenzado no blindado (UTP). Cuando un router se conecta a un switch, se usa un cable de conexión directa. Cuando se conectan dos routers directamente a través de las interfaces Ethernet, o cuando una NIC de PC se conecta directamente a una interfaz Ethernet del router, se usa un cable cruzado.

Interfaces WAN: Las interfaces WAN se usan para conectar los routers a redes externas, generalmente entre una mayor distancia geográfica. La encapsulación de Capa 2 puede ser de diferentes tipos, como PPP, Frame Relay y HDLC (Control de Enlace de Datos de Alto Nivel). Al igual que las interfaces LAN, cada interfaz WAN tiene su propia dirección IP y máscara de subred, que la identifica como miembro de una red específica.

Configuración Básica de un Router

• Asignar un nombre al router «Hostname».
• Configurar contraseñas.
• Configurar interfaces Ethernet y serial.
• Configurar un mensaje de bienvenida.
• Guardar los cambios realizados en un router.
• Verificar la configuración básica y las operaciones del router.

Tabla de Enrutamiento

La función principal de un router es reenviar un paquete hacia su red de destino, que es la dirección IP de destino del paquete. Para hacerlo, el router necesita buscar la información de enrutamiento almacenada en su tabla de enrutamiento. Una tabla de enrutamiento es un archivo de datos que se encuentra en la RAM y se usa para almacenar la información de la ruta sobre redes remotas y conectadas directamente. La tabla de enrutamiento contiene asociaciones entre la red y el siguiente salto. Estas asociaciones le indican al router que un destino en particular se puede alcanzar mejor enviando el paquete hacia un router en particular, que representa el «siguiente salto» en el camino hacia el destino final. La asociación del siguiente salto también puede ser la interfaz de salida hacia el destino final.

La asociación entre la red y la interfaz de salida también puede representar la dirección de red de destino del paquete IP. Esta asociación ocurre en las redes del router conectadas directamente. Una red conectada directamente es una red que está directamente vinculada a una de las interfaces del router. Cuando se configura una interfaz de router con una dirección IP y una máscara de subred, la interfaz pasa a ser un host en esa red conectada.

• Rutas conectadas directamente: para visitar a un vecino, lo único que tiene que hacer es caminar por la calle donde vive. Este camino es similar a una ruta conectada directamente porque el «destino» está disponible directamente a través de su «interfaz conectada», la calle.
• Rutas estáticas: un tren siempre usa las mismas vías en una ruta específica. Este camino es similar a una ruta estática porque la ruta hacia el destino es siempre la misma.
• Rutas dinámicas: al conducir un automóvil, usted puede elegir «dinámicamente» una ruta diferente según el tráfico, el clima y otras condiciones. Este camino es similar a una ruta dinámica porque puede elegir una nueva ruta en muchos puntos diferentes en su trayecto hacia el destino.

Enrutamiento Estático

Las redes remotas se agregan a la tabla de enrutamiento mediante la configuración de rutas estáticas o la habilitación de un protocolo de enrutamiento dinámico. Cuando el IOS aprende sobre una red remota y la interfaz que usará para llegar a esa red, agrega la ruta a la tabla de enrutamiento siempre que la interfaz de salida esté habilitada.

Una ruta estática incluye la dirección de red y la máscara de subred de la red remota, junto con la dirección IP del router del siguiente salto o la interfaz de salida. Las rutas estáticas se indican con el código S.

Cuándo Usar Rutas Estáticas

Las rutas estáticas se deben usar en los siguientes casos:

• Una red está compuesta por unos pocos routers solamente. En tal caso, el uso de un protocolo de enrutamiento dinámico no representa ningún beneficio sustancial. Por el contrario, el enrutamiento dinámico agrega más sobrecarga administrativa.
• Una red se conecta a Internet solamente a través de un único ISP. No es necesario usar un protocolo de enrutamiento dinámico a través de este enlace porque el ISP representa el único punto de salida hacia Internet.
• Una red extensa está configurada con una topología hub-and-spoke. Una topología hub-and-spoke comprende una ubicación central (el hub) y múltiples ubicaciones de sucursales (spokes), donde cada spoke tiene solamente una conexión al hub. El uso del enrutamiento dinámico sería innecesario porque cada sucursal tiene un único camino hacia un destino determinado, a través de la ubicación central.

Enrutamiento Dinámico

Las redes remotas también pueden agregarse a la tabla de enrutamiento utilizando un protocolo de enrutamiento dinámico. Los routers usan protocolos de enrutamiento dinámico para compartir información sobre el estado y la posibilidad de conexión de redes remotas. Los protocolos de enrutamiento dinámico ejecutan varias actividades, entre ellas:

• Descubrimiento de la red.
• Actualización y mantenimiento de las tablas de enrutamiento.

Mantenimiento de las Tablas de Enrutamiento

Después del descubrimiento inicial de la red, los protocolos de enrutamiento dinámico actualizan y mantienen las redes en sus tablas de enrutamiento. Los protocolos de enrutamiento dinámico no sólo deciden acerca del mejor camino hacia diferentes redes, también determinan el mejor camino nuevo si la ruta inicial se vuelve inutilizable (o si cambia la topología). Por estos motivos, los protocolos de enrutamiento dinámico representan una ventaja sobre las rutas estáticas. Los routers que usan protocolos de enrutamiento dinámico comparten automáticamente la información de enrutamiento con otros routers y compensan cualquier cambio de topología sin que sea necesaria la participación del administrador de la red.

Descubrimiento Automático de las Redes

El descubrimiento de redes es la capacidad de un protocolo de enrutamiento de compartir información sobre las redes que conoce con otros routers que también están usando el mismo protocolo de enrutamiento. En lugar de configurar rutas estáticas hacia redes remotas en cada router, un protocolo de enrutamiento dinámico permite a los routers obtener información automáticamente sobre estas redes a partir de otros routers. Estas redes, y el mejor camino hacia cada red, se agregan a la tabla de enrutamiento del router y se indican como una red detectada por un protocolo de enrutamiento dinámico específico.

Protocolos de Enrutamiento IP

Existen varios protocolos de enrutamiento dinámico para IP. Éstos son algunos de los protocolos de enrutamiento dinámico más comunes para el enrutamiento de paquetes IP:

• Protocolo de Información de Enrutamiento (RIP, Routing Information Protocol).
• Protocolo de Enrutamiento de Gateway Interior (IGRP, Interior Gateway Routing Protocol).
• Protocolo de Enrutamiento de Gateway Interior Mejorado (EIGRP, Enhanced Interior Gateway Routing Protocol).
• Open Shortest Path First (OSPF).
• Intermediate-System-to-Intermediate-System (IS-IS).
• Protocolo de Gateway Fronterizo (BGP, Border Gateway Protocol).

Principios de la Tabla de Enrutamiento

1. Cada router toma sus propias decisiones en forma independiente, según la información de su propia tabla de enrutamiento.
2. El hecho de que un router tenga cierta información en su tabla de enrutamiento no significa que los otros routers tengan la misma información.
3. La información de enrutamiento acerca de una ruta de una red a otra no proporciona información de enrutamiento acerca de la ruta inversa o de retorno.

La Métrica y el Mejor Camino

El Mejor Camino

La identificación del mejor camino de un router implica la evaluación de múltiples rutas hacia la misma red de destino y la selección de la ruta óptima o «la más corta» para llegar a esa red. Cuando existen múltiples rutas para llegar a la misma red, cada ruta usa una interfaz de salida diferente en el router para llegar a esa red. El mejor camino es elegido por un protocolo de enrutamiento en función del valor o la métrica que usa para determinar la distancia para llegar a esa red. Algunos protocolos de enrutamiento, como RIP, usan un conteo de saltos simple, que consiste en el número de routers entre un router y la red de destino. Otros protocolos de enrutamiento, como OSPF, determinan la ruta más corta al analizar el ancho de banda de los enlaces y al utilizar dichos enlaces con el ancho de banda más rápido desde un router hacia la red de destino. Los protocolos de enrutamiento dinámico generalmente usan sus propias reglas y métricas para construir y actualizar las tablas de enrutamiento. Una métrica es un valor cuantitativo que se usa para medir la distancia hacia una ruta determinada. El mejor camino a una red es la ruta con la métrica más baja. Por ejemplo, un router preferirá una ruta que se encuentre a 5 saltos antes que una ruta que se encuentre a 10 saltos.

El objetivo principal del protocolo de enrutamiento es determinar los mejores caminos para cada ruta a fin de incluirlos en la tabla de enrutamiento. El algoritmo de enrutamiento genera un valor, o una métrica, para cada ruta a través de la red. Las métricas se pueden calcular sobre la base de una sola característica o de varias características de una ruta. Algunos protocolos de enrutamiento pueden basar la elección de la ruta en varias métricas, combinándolas en un único valor métrico. Cuanto menor es el valor de la métrica, mejor es la ruta.

Comparación entre el Conteo de Saltos y la Métrica del Ancho de Banda

Dos de las métricas que usan algunos protocolos de enrutamiento dinámicos son:

• Conteo de saltos: cantidad de routers que debe atravesar un paquete antes de llegar a su destino. Cada router es igual a un salto. Un conteo de saltos de cuatro indica que un paquete debe atravesar cuatro routers para llegar a su destino. Si hay múltiples rutas disponibles hacia un destino, el protocolo de enrutamiento (por ejemplo, RIP) selecciona la ruta que tiene el menor número de saltos.
• Ancho de banda: es la capacidad de datos de un enlace, a la cual se hace referencia a veces como la velocidad del enlace. Por ejemplo, la implementación del protocolo de enrutamiento OSPF de Cisco utiliza como métrica el ancho de banda. El mejor camino hacia una red se determina según la ruta con una acumulación de enlaces que tienen los valores de ancho de banda más altos, o los enlaces más rápidos.

Balanceo de Carga de Mismo Costo

Posiblemente se esté preguntando qué sucede si una tabla de enrutamiento tiene dos o más rutas con la misma métrica hacia la misma red de destino. Cuando un router tiene múltiples rutas hacia una red de destino y el valor de esa métrica (conteo de saltos, ancho de banda, etc.) es el mismo, esto se conoce como métrica del mismo costo, y el router realizará un balanceo de carga de mismo costo. La tabla de enrutamiento tendrá la única red de destino pero mostrará múltiples interfaces de salida, una para cada ruta del mismo costo. El router enviará los paquetes utilizando las múltiples interfaces de salida en la tabla de enrutamiento. Si está configurado correctamente, el balanceo de carga puede aumentar la efectividad y el rendimiento de la red. El balanceo de carga de mismo costo puede configurarse para usar tanto protocolos de enrutamiento dinámico como rutas estáticas.

Rutas del Mismo Costo y de Distinto Costo

En caso de que se lo esté preguntando, un router puede enviar paquetes a través de múltiples redes aun cuando la métrica no sea igual, siempre que esté usando un protocolo de enrutamiento que tenga esta capacidad. A esto se lo conoce como balanceo de carga con distinto costo. Los EIGRP (además del IGRP) son los únicos protocolos de enrutamiento que pueden configurarse para el balanceo de carga con distinto costo.