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ARQUITECTURA Y SERVICIOS DE INTERNET© Fco. Javier Yágüez García
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I. ARQUITECTURA TCP/IP1. Protocolo IPv6 (ICMPv6)2. IP móvil en IPv4 e IPv63. Transición de IPv4 a IPv64. Encaminamiento dinámico de unidifusión y MPLS5. Multidifusión IP6. Encaminamiento dinámico de multidifusión7. TCP: Confirmación selectiva (SACK) y control de la congestión8. Aplicaciones multimedia en tiempo real (RTP y VoIP)
y modelos de calidad de servicio
II. SERVICIOS Y TECNOLOGÍAS DE SEGURIDAD EN INTERNET1. Amenazas, servicios y mecanismos de seguridad2. Seguridad Web y correo electrónico3. Protección de las comunicaciones: Intranets y Redes privadas virtuales
ARQUITECTURA DE REDES DE COMUNICACIONESÍNDICE TEMÁTICO
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2222
TRANSPARENCIAShttp://halley.ls.fi.upm.es/~jyaguez/libros.html
PROBLEMAShttp://halley.ls.fi.upm.es/~jyaguez/examenes.html
Arquitectura de Redes de Comunicaciones
Documentación: Tema I, Capítulo 4http://pegaso.ls.fi.upm.es/arquitectura_redes/index2.htmlmaterial
•TCP/IP Tutorial and Technical Overview, Lydia Parziale, David T. Britt ,… 8ª edición (Diciembre 2006). Redbooks: http://www.redbooks.ibm.com/portals/solutionsLibro descargable desde Internet).Los RFCs que se indiquen
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2 Formas de Configurar la Tabla de Encaminamiento de un Router
Manualmente (estrategia estática)• Rutas fijas: Decisiones de encaminamiento se determinan
previamente y luego se configuran manualmente• Información de encaminamiento no varía (no se adapta) a
los cambios puntuales– Aparición de un nuevo destino (red o máquina) o eliminación de
un destino ya existente (red o máquina)
Automáticamente (estrategia dinámica)• Rutas dinámicas: Decisiones de encaminamiento se
determinan y se configuran automáticamente• Información de encaminamiento varía dinámicamente
mediante un protocolo de distribución y actualización dela tabla IP
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Ejemplo de un Típico Escenario de Comunicaciones en Internet
Red Troncal (backbone) de Internet
Operador (ISP local)Operador (ISP local)
Organización(usuarios)
Organización(usuarios)
•Entre el origen y el destino en Internet pueden aparecer muchos routers•IP encamina paquetes por los diferentes routers de Internet desde un origen a un destino
Router Externode la organización
Router Externode la organización
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Routers en Internet Actualmente, las organizaciones y usuarios
finales, por regla general, sólo tienen un router(externo o de entrada y salida)Evolución de las redes Ethernet a redes de difusión y
conmutación de tramas mediante switchesCon un solo router, la configuración de la tabla IP puede
ser manual
Por el contrario, los operadores disponen deuna infraestructura de múltiples routers en susredes IP para dar servicio a sus clientesCon un número elevado de routers, la configuración de la
tabla IP de dichos routers debe ser automática a través deun protocolo de distribución y actualización de lainformación de encaminamiento
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66
Internet
…
…
…
…
…
…
…
…Teléfono
IP
TeléfonoIP
TeléfonoIP
TeléfonoIP
RAL Ethernet de una Organización con 1 router de E/S para la Integración de Voz (Telefonía IP o VoIP) y Datos
Teléfonos IP actuando como Conmutadores
(Switch)
(Switch)
(Switch)(Switch)
Datagramas IP(Voz y Datos)
Switch
SwitchSwitch
ROUTER EXTERNO (switch multinivel)
RAL Ethernet de Difusión y Conmutación
Evolución de las redes Ethernet a redes de difusión y conmutación de tramas mediante switches
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AP AP
Internet
RAL Ethernet de una Organización incluyendo diferentes Puntos de Acceso WiFi
puente puente
Switch
ETHERNET(Red de Distribución)
SISTEMA DE DISTRIBUCIÓNTramas Ethernet II (DIX)
Tramas Ethernet II (DIX)
Tramas IEEE 802.11Tramas IEEE 802.11
ROUTER EXTERNO (switch multinivel)
…
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888
Teléfono IP(VoIP)
…
ROUTER(ADSL)
PARTEFRONTAL
PARTEPOSTERIOR
(Switch de 4 puertos)
InternetADSL
RAL Ethernet y RAL WiFi en el Domicilio del Usuario
RAL Ethernet
RAL WiFi
switchswitch
servidor
Descodificador
TVpor Internet
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Red IP de un OperadorInfraestructura de Múltiples Routers
15 routers210 enlaces
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Impensable una configuración manual dela tabla IP de cada router
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MODELO DE ENCAMINAMIENTO DINÁMICO EN INTERNET
Para una visión más estructurada de Internet Un sistema autónomo (SA o AS: Autonomous System) es un conjunto de routers
controlados por una única autoridad administrativa (administrador de la red IP deloperador) y que utilizan, en un mismo DOMINIO DE ENCAMINAMIENTO, unmismo PROTOCOLO INTERNO (IGP: Interior Gateway Protocol) dedistribución y actualización de información de encaminamiento y que seconecta con otros SA de otros operadores mediante routers externos que utilizanun mismo PROTOCOLO EXTERNO (EGP: Exterior Gateway Protocol)
Dominio de encaminamiento = Conjunto de routers de una organización queejecutan un mismo IGP
Los SA suelen ser operadores con redes propias que gestionan sus propias políticasde encaminamiento y conectividad para un tráfico elevado
Un SA es una red componente de Internet en el máximo nivel jerárquico Todo SA de operador dispone de un número identificador público (16 bits)
Identificador de los SA públicos asignado por una Autoridad de Registro enInternet (p.ej., RIPE NCC)
Identificador de los SA privados asociados a redes de clientes de un ISP (cuandointercambian información de encaminamiento entre ellos pero no con otros)
• P.ej., los SA (organizaciones privadas) de un ISP (ISP asigna un nº entre 64512 y65535 que están reservados por el IANA/ICANN)
Sistemas Autónomos
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Comunicación entre distintas Organizaciones por InternetA través de los SA de los ISP de cada organización
Es importante que los routers de los operadores intercambien información de encaminamiento (direcciones de las redes de sus clientes)
R1
R2
R3
T1 T10
S1
S2
S3
T11
T20
T21
T30C1
C1
C3INTERNET
ONO
TFONICA ORANGER1
R2
R3
T1 T10
S1
S2
S3
T11
T20
T21
T30C1
C1
C3INTERNET
ONO
ORANGEAS 3352 AS 12479
AS 16338
TELEFONICA
Organización O3(Cliente de ORANGE)
Organización O3(Cliente de ONO)
Organización O1(Cliente de Telefónica)
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SA de un Operador o Red IP del OperadorBGP-4
(EGP externo)
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Dominio de encaminamiento
15 routers210 enlaces
IGP (RIP)
ROUTER EXTERNO
Red cliente
Red cliente
Red cliente
Para informar a los routers internos de las mejores rutas hacia las redes
de los clientes del operador
Para intercambiar direcciones de redes de clientes con otros operadores
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Internet está formado por múltiples SA El grado de conectividad entre los SA es muy variable
Mínimo 2 SA Un SA puede ser miembro de varios Puntos Neutros de Intercambio (IXP) a través
de los cuales se puede conectar con un número muy elevado de otros SA La conectividad entre los SA suele estar basada en dos métodos:
Por Tránsito: Dos SA guardan una relación de tránsito si los paquetes destinados alSA “B” pueden encaminarse a través del SA “A” y viceversa
• Las rutas se publican (vía BGP) abiertamente a todos los SA y suelen incluiralguna compensación económica
Por Peering• Enlace de Peering o enlace entre SA pares o “amigos”: Enlace directo o
a través de un IXP mediante una relación de tránsito gratuita quemantienen dos SA contiguos o pares (“amigos”) PARA ELINTERCAMBIO PREVIO DE RUTAS VÍA BGP Y, POSTERIOR,TRÁFICO DE PAQUETES IP
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Métodos de Conectividad entre los SA
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IXP (Internet Exchange Point) o NAP (Network Access Point)Punto Neutro de Intercambio o de Tránsito Nacional
• IXP o NAP es un centro de tránsito nacional paraconectar de forma centralizada o en estrella unamáquina origen con una máquina destino en el propiopaís a través de los SA de los correspondientes operadoresestablecidos legalmente a nivel nacional
ISP
ISP
ISP
ISPISPIXP
IXP = Internet eXchange Point
ISP = Internet Service ProviderOperadores o ISPs: Telefónica, Orange, ONO, Jazztel, etc
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NAP o IXPPunto Neutro de Intercambio
• Un IXP se basa en un modelo centralizado• Un único enlace de gran capacidad a un
IXP es más eficiente que muchos enlacesde menor capacidad a muchos ISP
ISP
ISP
ISP
ISPISP
ISP
ISP
ISP
ISPISPIXP
IXP = Internet eXchange Point
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ISP = Internet Service Provider La filosofía operativa en Internet es que los SA de los operadores, directamente relacionados con las
organizaciones y usuarios finales, se interconecten en estrella vía un IXP mediante peering
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CENTROS PARA CONTROLAR EL ACCESO A INTERNET
Los operadores de telecomunicaciones o ISPs comoTelefónica, Orange, ONO, Jazztel, RedIRIS, etc.Un operador o Proveedor de Servicios de Internet o ISP (Internet
Service Provider) es una empresa u organización que ofrece acceso aInternet a sus clientes mediante una red IP y un router IP conectadodirectamente a Internet
• Muchos ISP, también, ofrecen servicios extras relacionadoscon Internet a través de su red IP, como servidores decorreo electrónico, servidores de páginas Web, servidoresDNS y registro de dominios, etc.
Los IXP (Internet eXchange Point) o Puntos Neutrosde Intercambio, también conocidos como NAP(Network Access Point) o Puntos de Acceso de Red oCentros de Tránsito Nacional
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IXP (Internet Exchange Point) o NAP (Network Access Point)Punto Neutro de Intercambio o de Tránsito Nacional
• IXP o NAP es un centro de tránsito nacional paraconectar una máquina origen con una máquina destinoen el propio país a través de las correspondientes redesIP de los operadores legalmente establecidos a nivelnacional
ISP
ISP
ISP
ISPISPIXP
IXP = Internet eXchange Point
ISP = Internet Service ProviderOperadores o ISPs: Telefónica, Orange, ONO, Jazztel, etc
El Punto Neutro Nacional se llama ESpanix que esuna organización sin ánimo de lucro que se encargade la gestión y mantenimiento del IXP a nivelnacional http://www.espanix.net/
Reúne a los ISP más importantes de España,incluyendo RedIRIS (contexto académico y deinvestigación)
ESpanix se aloja el Centro de Proceso de Datos(CPD) de Banesto desde 1997, Produban es la empresa encargada del soporte
técnico del NODO NEUTRO, c/Mesena 80(Gran Vía de Hortaleza), 28033 Madrid
Existe una tarifa de admisión de 1.500 euros.La cuota fija anual es de 2.000 euros y latarifa anual por puerto depende de lacapacidad de este
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Tráficos de 160 Gb/s
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ESpanix http://www.espanix.net/ ESpanix es una organización española sin ánimo de lucro que gestiona
y mantiene un punto neutro de telecomunicaciones a nivel nacional Cada ISP asociado es responsable de la instalación, mantenimiento y
correcto funcionamiento del medio de acceso y el enrutadornecesarios para la conexión a Espanix
Además, todos los socios se encuentran sujetos a políticas de buenaconducta, no pudiendo realizar acciones que se consideren ilegales o quevayan en detrimento del uso del punto neutro por parte de otrosproveedores y calidad, teniendo, entre otras, la obligación de no excederen un 5% el número de paquetes perdidos durante dos mesesconsecutivos.
La infraestructura física de Espanix está en el CPD de Banesto, enMadrid, donde cuenta con una sala de acceso exclusivo para losmiembros de esta organización
Produban es la empresa encargada del soporte técnico y la gestión dela infraestructura común a todos los socios
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1919
JERARQUÍA DE CENTROS DE ACCESO A INTERNET
ISPn1
IXPo NAP
ISPn3
ISPn3
ISPn3ISPn3ISPn3
...
usuario
...
... ...
...
...
...
...
INTERNET
TRÁNSITONACIONAL•Sistemas origen y destino en diferentes países
•Acceso real al núcleo de Internet
•Sistemas origen y destino en el mismo país•Conectan los ISP a nivel nacional•Centros de tránsito entre los ISP de nivel 1 y 2
ISPn2ISPn1
ISPn1
•Los ISPs pueden ser de nivel 1 (tier 1), nivel 2 (tier 2) o nivel 3 (tier 3) en función de su cercanía al usuario final•Los ISP de nivel 3 se interconectan directamente vía un IXP •Un ISP de nivel 2 se interconectan vía un IXP con los ISP de nivel 3•Un ISP de nivel 2 puede conectarse directamente a más de un ISP de nivel 1 y, a su vez, puede estar conectado directamente a otros ISP de nivel 2•Los ISP de nivel 1 forman el núcleo de Internet y juegan un papel fundamental cuando la máquina origen y destino están en diferentes países
ISPn3
IXPo NAP
ISPn2(punto a punto)
(punto a punto)
(punto a punto)
(punto a punto)
(punto a punto)(punto a punto)
Punto Neutro Nacional: ESPANIXPuntos Neutros Regionales: MAD-IX (Madrid), CATNIX (Barcelona), EUSKONIX (Bilbao), GALNIX (Santiago)
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Un Ejemplo de Estructura de InternetISP Nivel 1
ISP Nivel 1 ISP Nivel 1
ISP Nivel 1
ISP Nivel 2
IXP
ISP Nivel 3
ISP Nivel 2 ISP Nivel 2
ISP Nivel 2
IXP
ISP Nivel 3
ISP Nivel 3 ISP Nivel 3
ISP Nivel 3
ISP Nivel 3
ISP de Nivel 1 o Tier 1; ISP de Nivel 2 o Tier 2; ISP de Nivel 3 o Tier 3IPX: Internet EXchange Point para peering entre ISPs o intercambio gratuito de rutas (BGP) y tráfico (paquetes IP)
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La estructura de Internet tiene una jerarquía dinámica En el nivel más alto están los ISP de “nivel 1” (del orden de
una decena: UUNet, Genuity, Sprint, AT&T, Global Crossing,Level3, NTT, Qwest, SAVVIS, etc. ), que se interconectan entreellos .
ISP de nivel 1 = Tier 1 ISP
Estructura de Internet de Nivel 1
ISP de nivel 1
ISP de nivel 1
ISP de nivel 1
ISP de nivel 1
NÚCLEO DE INTERNET
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Estructura de Internet de Nivel 2 Los ISP de nivel 2 pueden ser clientes o no de uno o más ISP de nivel 1
ISP de nivel 1 ISP de nivel 1
IXP
ISP de nivel 2 ISP de nivel 2
ISP de nivel 2 ISP de nivel 3
NÚCLEO DE INTERNET
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Estructura de Internet de Nivel 3 Los ISP de nivel 3 pueden ser clientes o no de uno o más ISP de nivel 2
ISP de nivel 2 ISP de nivel 2
IXP
ISP de nivel 3
Los ISP de nivel 3 se interconectan
vía los IXPs
ISP de nivel 3
ISP de nivel 3 ISP de nivel 3
PAÍS
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Comunicaciones en Internet Los paquetes IP pueden pasar a través de una gran variedad de
routers y redes pertenecientes a diferentes ISP
ISPn1
ISPn1
ISPn1
ISPLocal
ISPLocal
ISPn3
ISPlocal
Terminal en Pozuelo de Alarcón
Servidor en Las Vegas
IXP
ISPLocal
ISPLocal
ISPn2ISPn2
ISPn2 ISPn2
ISPn2
ISPLocal
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2525
R1
R2
R3
T1 T10
S1
S2
S3
T11
T20
T21
T30C1
C1
C3INTERNET
ONO
TFONICA ORANGER1
R2
R3
T1 T10
S1
S2
S3
T11
T20
T21
T30C1
C1
C3INTERNET
ONO
ORANGEAS 3352 AS 12479
AS 16338
BGP-4
TELEFONICA
EGP: Exterior Gateway Protocol
Organización O3(Cliente de ORANGE)
Organización O3(Cliente de ONO)
Organización O1(Cliente de Telefónica)
Los routers de acceso de los operadores intercambian información de encaminamiento (las direcciones de las redes de sus clientes)
mediante BGP a través del IXP que los interconecta
IXP
Comunicación entre distintas Organizaciones por InternetA través de los SA de los ISP de nivel 3 de cada organización vía un IXP
Es importante que los routers de los operadores intercambien información de encaminamiento (direcciones de las redes de sus clientes)
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Implementación de Internet Exchange Point (Peering IP)
ISP 1BGP-4
ISP 3
ISP 5
ISP 2
ISP 4
ISP 6
ESpanix
DOBLE SWITCH Ethernet
Cuarto de Banesto
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2727
PUNTONEUTRO
Router de Salida del ISP1
Switch
PUNTO NEUTRO EN ESPAÑAFacilita el intercambio de tráfico de Internet entre los ISP
ISP1 de nivel 3
ISP de nivel 2
Cada ISP informa previamente vía BGP de las
direcciones IP públicas asignadas a sus clientes
Red cliente
Red cliente
Red cliente
Red cliente
Red cliente
Red cliente
Red cliente
Red cliente
BGP
BGPBGP
Switch
ISP2 de nivel 3
ISP3 de nivel 3 ISP4 de
nivel 3
Router de Salida del ISP3
Router de Salida del ISP2
Router de Salida del ISP4
IXP = Doble Switch que interconecta directamente los routers externos de cada ISP de nivel 3 para el intercambio previo de las direcciones públicas de las redes de sus clientes
… …
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2828
Protocolos internos IGP (Interior Gateway Protocol) Vector de Distancias:
• RIPv2 (Routing Information Protocol, RFC-2453): IETF/IAB• IGRP (Internet Gateway Routing Protocol, www.cisco.com):
Cisco• EIGRP (Enhanced IGRP, www.cisco.com): Cisco
Estado del Enlace:
• OSPF (Open Shortest Path First Protocol, RFC-2328):ISOC/IAB
• IS-IS (Intermediate System to Intermediate System, ISO DP10589, RFC-1195: Use of OSI IS-IS for Routing in TCP/IP andDual Environments): ISO
Protocolos externos EGP (Exterior Gateway Protocol) Vector de Distancias
• BGP-4 (Border Gateway Protocol 4, RFC-4271): IETF/IAB
PROTOCOLOS DE DISTRIBUCIÓN Y ACTUALIZACIÓN DE LA
INFORMACIÓN DE ENCAMINAMIENTO
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PROTOCOLOS DE DISTRIBUCIÓN Y ACTUALIZACIÓN DE LA
INFORMACIÓN DE ENCAMINAMIENTO ESPECÍFICOS EN EL AMBIENTE INTERNET
RIP, IGRP, EIGRP (Vector Distancia)
OSPF, IS-IS (Estado del Enlace)IGP (Interior Gateway Protocol)
IGP (RIP)
SISTEMA AUTÓNOMO(SA1)
IGP (OSPF)EGP
Routers Externos
EGP (Exterior Gateway Protocol) BGP (Vector Distancia)
R1
R2
R3
R4 R5
R6
R7
R8ral 1 ral 2
ral 3 ral 4
ral 5 ral 6
ral 7 ral 8
SISTEMA AUTÓNOMO(SA2)
Dominio de encaminamiento Dominio de encaminamiento
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3030
ESTÁNDARES EN INTERNETProtocolos de Encaminamiento Dinámico
ARQUITECTURA TCP/IP
HARDWARE
Ethernet II (DIX)/IEEE 802.3 SNAP/IEEE 802.11/PPP
ICMPTCP UDP
BGP-4 RIPv2
OSPFv4 IP
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Protocolos de Encaminamiento Dinámico de Unidifusión para IPv6
RFC 2080: RIPng for IPv6 RFC 5340: OSPF for IPv6 RFC 2545: BGP-4 for IPv6
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ACTUALIZACIÓN DE LAS TABLAS DE ENCAMINAMIENTO DE LOS ROUTERS
ESTRATEGIA ESTÁTICA (No adaptativa o manual) Rutas fijas o estáticas: Decisiones de encaminamiento se determinan
previamente fuera de línea y posteriormente “se configuran a mano” en losrouters
Información de encaminamiento no varía y no se adapta a los cambios puntualesen cuanto a la aparición de un destino nuevo (red o máquina) o eliminación de undestino ya existente (red o máquina)
ESTRATEGIAS DINÁMICA (Adaptativa) Rutas dinámicas: Las decisiones de encaminamiento se determinan y
configuran automáticamente
Información de encaminamiento varía dinámicamente y se adapta a los cambiospuntuales que pueda sufrir la red durante su funcionamiento a través de un
protocolo de distribución y actualización de la información deencaminamiento o protocolo de encaminamiento dinámico
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Tipos de Encaminamiento
Encaminamiento estático:Configuración manual de la tabla IP de
los routers
Encaminamiento dinámico:Configuración automática, a través de
un protocolo de comunicaciones, de la tabla IP de los routers
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2 ALGORITMOS DE ENCAMINAMIENTO DINÁMICO
1. Vector de Distancias (Bellman-Ford oFord-Fulkerson) o Lista de Distancias
2. Estado del Enlace (Dijkstra) oalgoritmo SPF (Shortest Path First) odel Primer Camino más Corto
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3535
1. Vector de Distancias (Bellman-Ford o Ford-Fulkerson) o Lista de Distancias
Métrica (forma más básica y más usada) = número deencaminamientos o saltos o routers que hay que atravesar hasta llegara un destino (p.ej., RIP o estándar en Internet para encaminamientosdinámicos usando el algoritmo del Vector de Distancias) pero se puedenusar otras medidas como el ancho de banda, la capacidad del enlace,retardos, paquetes encolados, etc., o una mezcla (p. ej., protocolos deCISCO)
Métrica del enlace asocia un mismo coste a cada enlace (generalmente= 1 salto como RIP, cuando la métrica es el número de saltos, aunqueel enlace sea una conexión telefónica o de fibra óptica o vía satélite)
Métrica total a un destino = Coste total a un destino = DISTANCIA aun destino (métrica basada en el número de saltos)= SUMA MENORde los costes de cada enlace (salto) hasta llegar al destino o númeromínimo de saltos para llegar al destino
ALGORITMO DE ENCAMINAMIENTO DINÁMICO
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3636
1.Vector de Distancias (Bellman-Ford o Ford-Fulkerson) o Lista de Distancias
VENTAJAS
Protocolos simples y sencillos de usar y configurar
DESVENTAJAS
Mensajes intercambiados son generalmente grandes (salvoen el inicio): Cada router envía una copia completa de suVECTOR DE DISTANCIAS o tabla IP
TABLAS se actualizan con lentitud = mensajes se difundencon lentitud = rutas se restablecen con lentitud
ALGORITMO DE ENCAMINAMIENTO DINÁMICO
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3737
2. Estado del Enlace (Dijkstra) o algoritmo SPF (Shortest PathFirst) o del Primer Camino más Corto
Métrica puede usar diferentes medidas como el ancho de banda, lacapacidad del enlace, retardos, longitud del enlace, paquetesencolados, etc., o una mezcla
Métrica del enlace asocia un mismo coste o diferente (p.ej., costesmás bajos a los enlaces de más alta capacidad: 1 a un enlace de 10Gbps, 2 a otro de 1 Gbps, 3 a otro de 100 Mbps, etc.) a cada enlacepara calcular, posteriormente, la ruta de coste mínimo
Métrica total a un destino = COSTE TOTAL a un destino = RUTADE COSTE MÍNIMO a un destino = SUMA MENOR de los costesde cada enlace hasta llegar al destino
ALGORITMO DE ENCAMINAMIENTO DINÁMICO
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3838
2. Estado del Enlace (Dijkstra) o algoritmo SPF (Shortest PathFirst) o del Primer Camino más Corto
DESVENTAJA
Protocolos más complejos y más complicados en su uso yconfiguración
VENTAJAS
Mensajes intercambiados son, generalmente, cortos: Salvoen el inicio, cada router intercambia las actualizacionespuntuales de su TABLA DE ENCAMINAMIENTO
TABLAS se actualizan más rápidamente = mensajes sedifunden con rapidez = rutas se restablecen antes
ALGORITMO DE ENCAMINAMIENTO DINÁMICO
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3939
ACTUALIZACIÓN DINÁMICA DE LA TABLA DE ENCAMINAMIENTO DE UN ROUTER Aparición de un destino nuevo (red o máquina) Eliminación de un destino ya incluido en la tabla Aparece una distancia más corta (“buenas
noticias”) a un destino a través de un router vecino(incluido antes o no en la TABLA para dichodestino)
Aparece una distancia más larga (“malasnoticias”) a un destino a través de un router vecinoya incluido en la TABLA para dicho destino(siempre y cuando no aparezca otra ruta más cortaal mismo destino a través de otro router vecinodiferente)
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4040
Ejemplo de Estrategia Dinámica: Algoritmo VECTOR DE DISTANCIAS
A
D C
B
d2 c2
b1a2
c1
b2a1
d1
DESTINO DISTANCIA RUTAb1 1 B
b2 1 B
a1 2 A
a2 2 A
c1 2 C
c2 2 C
d1 3 C
d2 3 C
B
DISTRIBUCIÓN Y ACTUALIZACIÓN DE LA INFORMACIÓN DE
ENCAMINAMIENTO
Organización con un dominio de encaminamiento formado por 4 routersque hacen uso de un mismo protocolo
de encaminamiento dinámico IGPMétrica = Nº de saltos
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4141
A
C D
B
b1
a1
DESTINO COSTE RUTAo1 4 C
o2 5 B
a1 1 A
b1 2 B
B 1 B
C 3 C
D 4 B
E 3 B
AE
1
1
2
4
1 3
1 1
3 1
o1 o2
DISTRIBUCIÓN Y ACTUALIZACIÓN DE LA INFORMACIÓN DE ENCAMINAMIENTO
Organización con con un dominio de encaminamientoformado por 5 routers que hacen uso de un mismo
protocolo de encaminamiento dinámico IGPMétrica = capacidad, retardo, etc.
Para calcular el coste a un destino conectadodirectamente a un router no vecino hay que calculartodos los costes pasando por todos los routers vecinos
Ejemplo de Estrategia Dinámica: Algoritmo ESTADO DEL ENLACE
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4242
Adaptación, por la Universidad de Berkeley para el Unix BSD, del XNS RIPde Xerox (después se convirtió en el RFC 1058, RIPv2 = RFC-2453)
IGP estándar Vector de Distancias
Métrica basada en el número de saltos Número total de saltos: Mínimo 1 (conexiones directas) y máximo 15 16 saltos: Destino inalcanzable o “no puedo llegar hasta allí”
UDP y puerto 520 (actualizaciones regulares) Difusión (broadcast) de TABLAS COMPLETAS entre routers vecinos cada
30 segundos Si en 180 segundos no hay noticias de un router vecino “A” se marcan todas las
entradas aprendidas de “A” como inalcanzables (métrica = 16) Si en 2 minutos no se descubre una nueva ruta a un destino marcado como
inalcanzable su entrada se elimina (“recogida de basura”) Seguridad: Todos los intercambios entre routers están previamente autenticados Sencillo y disponible (se encuentra en cualquier Unix) Organizaciones con una topología simple, un número reducido de routers y
poco tráfico Vía RIP, las rutas son fijas, por el número de saltos, y pueden producir
sobrecargas de tráfico
Protocolo RIPv2 (Routing Information Control)
PROTOCOLO DE DISTRIBUCIÓN Y ACTUALIZACIÓN DE INFORMACIÓN DE ENCAMINAMIENTO ESPECÍFICO EN EL AMBIENTE INTERNET
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4343
Protocolo RIP. Ejemplo (I)
R1
Red1 Red2
R2 R3
R4
Red3
Red4
Red3 Dir 1
Red4 Dir 1
Red2 Dir 1
Red3 Dir 1
Red1 R1 2
Red1 Dir 1
Red2 Dir 1
Red1 Dir 1
Red3 Dir 1
Red2 R1 2
DESTINO RUTA DISTANCIA
Ejemplo de un SA con un dominio de encaminamiento y cuatrorouters conectados a través de sendas redes de área local
Inicialmente, cada router sólo conoce la distancia (número derouters) a los destinos a los cuales está directamente conectado
Seguidamente, una copia completa de estas tablas se intercambiaperiódicamente por difusión entre todos los routers vecinos
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4444
Protocolo RIP. Ejemplo (II)
R1
Red1 Red2
R2 R3
R4
Red3
Red4
Red3 Dir 1
Red4 Dir 1
Red1 R2 2
Red2 R2 3
Red2 Dir 1
Red3 Dir 1
Red1 R1 2
Red1 Dir 1
Red2 Dir 1
Red3 R2 2
Red1 Dir 1
Red3 Dir 1
Red2 R1 2
DESTINO RUTA DISTANCIA
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4545
Protocolo RIP. Ejemplo (III)
R1
Red1 Red2
R2 R3
R4
Red3
Red4
Red3 Dir 1
Red4 Dir 1
Red1 R2 2
Red2 R3 2
Red2 Dir 1
Red3 Dir 1
Red1 R1 2
Red1 Dir 1
Red2 Dir 1
Red3 R2 2
Red1 Dir 1
Red3 Dir 1
Red2 R1 2
DESTINO RUTA DISTANCIA
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4646
Protocolo RIP. Ejemplo (IV)
R1
Red1 Red2
R2 R3
R4
Red3
Red4
Red3 Dir 1
Red4 Dir 1
Red1 R2 2
Red2 R3 2
Red2 Dir 1
Red3 Dir 1
Red1 R1 2
Red4 R4 2
Red1 Dir 1
Red2 Dir 1
Red3 R2 2
Red1 Dir 1
Red3 Dir 1
Red2 R1 2
Red4 R4 2
DESTINO RUTA DISTANCIA
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4747
Protocolo RIP. Ejemplo (V)
R1
Red1 Red2
R2 R3
R4
Red3
Red4
Red3 Dir 1
Red4 Dir 1
Red1 R2 2
Red2 R3 2
Red2 Dir 1
Red3 Dir 1
Red1 R1 2
Red4 R4 2
Red1 Dir 1
Red2 Dir 1
Red3 R2 2
Red1 Dir 1
Red3 Dir 1
Red2 R1 2
Red4 R4 2
DESTINO RUTA DISTANCIA
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4848
Protocolo RIP. Ejemplo (VI)
R1
Red1 Red2
R2 R3
R4
Red3
Red4
Red3 Dir 1
Red4 Dir 1
Red1 R2 2
Red2 R3 2
Red2 Dir 1
Red3 Dir 1
Red1 R1 2
Red4 R4 2
Red1 Dir 1
Red2 Dir 1
Red3 R2 2
Red4 R2 3
Red1 Dir 1
Red3 Dir 1
Red2 R1 2
Red4 R4 2
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4949
Protocolo RIP. Ejemplo (VII)
R1
Red1 Red2
R2 R3
R4
Red3
Red4
Red3 Dir 1
Red4 Dir 1
Red1 R2 2
Red2 R3 2
Red2 Dir 1
Red3 Dir 1
Red1 R1 2
Red4 R4 2
Red1 Dir 1
Red2 Dir 1
Red3 R2 2
Red4 R2 3
Red1 Dir 1
Red3 Dir 1
Red2 R1 2
Red4 R4 2
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5050
Protocolo RIP. Ejemplo (VIII)
R1
Red1 Red2
R2 R3
R4
Red3
Red4
Red3 Dir 1
Red4 Dir 1
Red1 R2 2
Red2 R3 2
Red2 Dir 1
Red3 Dir 1
Red1 R1 2
Red4 R4 2
Red1 Dir 1
Red2 Dir 1
Red3 R2 2
Red4 R2 3
Red1 Dir 1
Red3 Dir 1
Red2 R1 2
Red4 R4 2
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5151
PROTOCOLO RIPFormato de un Mensaje de la Versión 2
RFC-2453
Comando Versión (2) CeroFamilia de Direcciones de la Red = 2 (TCP/IP) Etiqueta de Ruta
Máscara de SubredDirección IP de Destino 1
Siguiente Salto
Distancia al Destino 1 (Métrica)Familia de Direcciones de la Red 2 = 2 (TCP/IP) Cero
Máscara de SubredDirección IP de Destino 2
Siguiente Salto
Distancia al Destino 2 (Métrica)...
0 8 16 31Mensaje RIP = Secuencia de pares (dirección IP de red – distancia)
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5252
Desarrollado por el OSPF Working Group del IETF: RFC-2328 OSPF for IPv6: RFC-5340
IGP estándar Estado del Enlace Nivel de Red o IP (cabecera IP: tipo de protocolo = 89) Un router OSPF dispone, a través de mensajes OSPF, de la topología completa o
itinerario completo de routers hacia un determinado destino A diferencia de RIP que en el mensaje sólo indica el siguiente salto, OSPF
proporciona la ruta completa de routers hasta un destino Protocolo de encaminamiento dinámico para sistemas autónomos de todos los
tamaños Baja sobrecarga mediante actualizaciones que informan de los cambios en lugar
de todas las rutas de la tabla IP Vía OSPF permite a los routers cambiar dinámicamente las rutas en función de
la sobrecarga de tráfico de éstas e incluso balancear o distribuir la carga depaquetes entre rutas alternativas a un mismo destino
Seguridad (como RIPv2): Todos los intercambios entre routers están previamenteautenticados
Protocolo OSPFv4 (Open Shortest Path First)
PROTOCOLO DE DISTRIBUCIÓN Y ACTUALIZACIÓN DE INFORMACIÓN DE ENCAMINAMIENTO ESPECÍFICO EN EL AMBIENTE INTERNET
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5353
IGP (RIP) IGP (OSPF)BGP
Routers externos o de entrada y salida
(Exterior Gateway Protocol) BGP (Vector Distancia)
PROTOCOLO EXTERNO DE DISTRIBUCIÓN Y ACTUALIZACIÓN DE
INFORMACIÓN DE ENCAMINAMIENTO ESPECÍFICO EN EL AMBIENTE INTERNET
Protocolo BGP-4 (Border Gateway Protocol 4)
R1
R2
R3
R4 R5
R6
R7
R8ral 1 ral 2
ral 3 ral 4
ral 5 ral 6
ral 7 ral 8
SISTEMA AUTÓNOMO(SA1)
SISTEMA AUTÓNOMO(SA2)
Tabla IP interna
Tabla IP interna
Tabla IP interna
Tabla IP interna
Tabla IP externa
Tabla IP externa
Dominio de encaminamiento Dominio de encaminamiento
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5454
PROTOCOLO EGPBGP-4 (Border Gateway Protocol 4)
Desarrollado por el BGP Working Group del IETF: RFC-4271 Use of BGP-4 Multiprotocol Extensions for IPv6 Inter-Domain Routing: RFC-2545
EGP estándar obligatorio en Internet entre los SA Protocolo de distribución y actualización de información de encaminamiento entre
routers de SA diferentes Vector de distancias
Pero la métrica no se basa en el número de saltos hasta llegar a un destino Métrica = Número de identificadores de SA consecutivos hasta llegar al
destino• Ruta más corta = Menor número de identificadores
Un router BGP dispone de la topología completa o itinerario de SAs haciaun determinado destino Cada router no sólo guarda el siguiente salto a un destino sino la ruta completa
(registro de la trayectoria seguida) evitando que se formen bucles (fácil detecciónde bucles: si un router externo recibe un aviso con su propio identificador no tienemás que eliminar dicha información)
TCP y puerto 179 Soporte CIDR Seguridad: Autenticación
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5555
PROTOCOLO BGPPolíticas de Encaminamiento definidas, opcionalmente,
por el Administrador del SA
Ponderaciones de políticas de encaminamiento, que no formanparte del protocolo, complementan su uso (consideracionestécnicas, políticas, sociales, de seguridad, etc.)
RIPE Routing Registry (http://www.ripe.net/db) asigna ymantiene en una BD los identificadores de los SA europeos y,asimismo, dispone de herramientas de ayuda para políticas deencaminamiento ¿Qué rutas se anuncian al exterior y a qué vecinos? ¿Qué rutas se aceptan desde el exterior y desde qué vecinos?Criterios de preferencia en caso de caminos alternativosEncaminamientos por omisión…
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5656
PROTOCOLO BGPTipos de Sistemas Autónomos
SA Extremo: Sólo tiene una conexión “interSA” con otro SA SA Multiconectado: Dispone de conexiones con más de un SA pero se
puede negar a transportar tráfico de tránsito de terceros SA de Tránsito: Dispone de conexiones con más de un SA y transporta
tráfico de tránsito local y de terceros, pudiendo imponer políticas derestricción Dos SA guardan una relación de tránsito si los paquetes
destinados al SA “B” pueden encaminarse a través del SA “A” yviceversa
Las rutas se publican (vía BGP) abiertamente a todos los SA ysuelen incluir alguna compensación económica
SA “Amigo” (peering): Dispone de un enlace, generalmente, haciaun IXP con conexiones con más de un SA para el intercambio previoy gratuito de rutas vía BGP y, posterior, tráfico de paquetes IP
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5757
PROTOCOLO BGPConjunto de Routers BGP
Para la ruta óptima SA4 SA7 SA6 SA9 (FGCD), el router externo F (SA4) recibe de sus vecinos: De B: SA3 SA6 SA9 De G: SA7 SA6 SA9 De H: SA5 SA4 SA7 SA6 SA9 (ruta descartada al pasar a travésde SA4) De E: SA2 SA4 SA7 SA6 SA9 (ruta descartada al pasar a travésde SA4)
LA DECISIÓN CONSISTIRÁ EN PASAR POR SA3 (SA3 SA6SA9) O SA7 (SA7 SA6 SA9) DEPENDIENDO DE LAPOLÍTICA DE ENCAMINAMIENTO
SA1
SA2
SA3
SA4
SA5
SA6
SA7
SA8
SA9
A
B C
D
GF
H I
ESA10
J
BGP
BGPBGP
BGP
BGP
Ejemplo de cómo el router externo “F”toma una decisión de encaminamiento
para llegar al SA9 en función de las rutas que le indican sus routers vecinos
“B”, “G”, “H” y “E”
Aunque a primera vista parezca ilógica una ruta, razones económicas, acuerdos políticos, de velocidad, dimensionamiento o capacidad del enlace, obligan frecuentemente a establecer una preferencia
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58
Sistemas Autónomos con iBGP Si en un SA en donde todos los routers son externos y se desea que todos los routers
externos tengan la misma información de encaminamiento, se puede emplear unBGP interno o iBGP entre cada par de ellos Para que cualquier router del SA tenga la mejor información de encaminamiento
en cada momento y pueda hacer directamente el encaminamiento adecuado iBGP para un SA con pocos routers y todos externos con la misma información:
Típico en redes IP de ISPs de nivel 1 Si en un SA con más de un router externo, y se desea que todos los routers internos
tengan la misma información de encaminamiento, también, se puede emplear unBGP interno o iBGP entre cada par de ellos La continuidad BGP dentro de un SA se lleva a cabo a través de un BGP interno o
iBGP El problema del uso del protocolo iBGP es que se tiene que aplicar entre cada pareja
de routers del SA La aplicación de iBGP entre cada pareja de routers puede provocar un gran
número de sesiones TCP si el SA dispone de muchos routers Generalmente, se emplea RIP para aprender el siguiente salto por la ruta más
corta a un destino interno• P. ej., RIP en redes IP-MPLS
58
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5959
Ejemplo de Intercambio de Información de Encaminamiento entre Routers BGP
SA1
SA2
SA3
Red 2
Red 3
Red 1
Red 4
Red 5
Red 8
Red 6
Red 7
R2
R1
R3
R4R5
R6
R7
R8
BGP
BGP
RIP/OSPF
RIP/OSPF
BGP
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6060
PROTOCOLO BGPIntercambio de Información de Encaminamiento
SA1
SA2
SA3
Red 2
Red 3
Red 1
Red 4
Red 5Red 8
Red 6
Red 7
R2R1
R3
R4 R5R6
R7
R8
BGP
BGP
RIP/OSPF
RIP/OSPF
RIP/OSPFBGP
MENSAJE DE ACTUALIZACIÓNde R1 a R4
Destinos = Red1 Red2 Red3 Red4
Camino_SA = SA1Siguiente_Salto = R1
MENSAJE DE ACTUALIZACIÓNde R4 a R8
Camino_SA = SA2, SA1Siguiente_Salto = R4Destinos = Red1 Red2 Red3 Red4
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61
SA2R3
SA1
SA3R8 R7
ral5
ral7
ral8
ral3
R4
ral4
R5
ral1 ral2
ral6ral9
R6
R1 R2
Se interconectan en Internet tres sistemas autónomos (SA1, SA2 ySA3) con un único dominio de encaminamiento en cada uno deellos según se muestra en la siguiente figura
EJERCICIO
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Cuestión a)
Especifique, ¿qué tipo de algoritmo y protocolo oprotocolos de encaminamiento dinámico se utilizan paraactualizar las tablas de encaminamiento de los routers R1,R3, R4, R7, y R8 en los correspondientes sistemasautónomos? Indique, gráficamente, la pila TCP/IP para el protocolo o
protocolos citados anteriormente62
SA2R3
SA1
SA3R8 R7
ral5
ral7
ral8
ral3
R4
ral4
R5
ral1 ral2
ral6ral9
R6
R1 R2
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Respuesta a)
63
Como se trata de sistemas autónomos, éstos disponen en undominio de encaminamiento de un único protocolo de routerinterno o IGP (Interior Gateway Protocol) basado en unALGORITMO DEL VECTOR DE DISTANCIA o ESTADO DELENLACE
Para el caso de los routers internos R1, R3, R4, R7 y R8, elprotocolo puede ser, por ejemplo, RIP (algoritmo del vectordistancia) u OSPF (Dijkstra o estado del enlace) Sólo uno de los dos y el mismo para todos los routers en el
sistema autónomo en cuestión Como en el escenario planteado hay un número muy
pequeño de routers en cada SA y, además, no se hacemención a costes asociados a los enlaces; en principioparece más lógico que el protocolo IGP sea cualquierabasado en el ALGORITMO DEL VECTOR DEDISTANCIA, por ejemplo, RIP
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Respuesta a)
64
ARQUITECTURA TCP/IP Protocolos de Encaminamiento Dinámico
HARDWARE
Ethernet II (DIX)/IEEE 802.3 SNAP/IEEE 802.11/PPP
TCP UDP
RIPv2
OSPFv4 IP
(continuación)
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Cuestión b)
Especifique, ¿qué tipo de algoritmo y protocolo oprotocolos de encaminamiento dinámico se utilizanpara actualizar las tablas de encaminamiento de losrouters R2, R5 y R6 Indique, gráficamente, la pila TCP/IP para el
protocolo o protocolos citados anteriormente65
SA2R3
SA1
SA3R8 R7
ral5
ral7
ral8
ral3
R4
ral4
R5
ral1 ral2
ral6ral9
R6
R1 R2
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Respuesta b)
66
Vector de distanciasNo hay comunicación de número de saltos o distancias métricasMétrica = Número de identificadores de SA consecutivosRuta más corta = Menor número de identificadores
BGP
HARDWARE
Ethernet II (DIX)/IEEE 802.3 SNAP/IEEE 802.11/PPP
TCP UDP
BGP-4
IP
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Cuestión c)
En función de los protocolos especificados en el apartado anterior,indique la composición interna de las tablas de encaminamiento de losrouters R5 y R6 con los campos que considere más significativos,especificando su contenido más óptimo (todos los destinos posibles ysus mejores rutas) Utilice como direcciones IP los nombres simbólicos de los sistemas
correspondientes (por ejemplo, R1, R2, R3, etc.) Ídem, para los identificadores de los sistemas autónomos (por
ejemplo: SA1, SA2 o SA3)67
SA2R3
SA1
SA3R8 R7
ral5
ral7
ral8
ral3
R4
ral4
R5
ral1 ral2
ral6ral9
R6
R1 R2
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Respuesta c)
68
Router R5 (Tabla externa BGP con SA1 y SA3 a través de R2 y R6)CAMINO_SA DESTINO RUTA
SA1 ral1 R2SA1 ral2 R2SA3 ral6 R6SA3 ral7 R6SA3 ral8 R6SA3 ral9 R6
SA2R3
SA1
SA3R8 R7
ral5
ral7
ral8
ral3
R4
ral4
R5
ral1 ral2
ral6ral9
R6
R1 R2
Tabla creada al informar R2 y R6 a R5 mediante mensajes BGP
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Respuesta c)
69
SA2R3
SA1
SA3R8 R7
ral5
ral7
ral8
ral3
R4
ral4
R5
ral1 ral2
ral6ral9
R6
R1 R2
Se asume que para cualquier dirección de red que no
aparezca en su Tabla interna, R5 acudirá a su Tabla externa
Router R5 (Tabla interna RIP)
DESTINO RUTAral4 Directaral3 R3ral5 R4
(continuación)
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70
SA2R3
SA1
SA3R8 R7
ral5
ral7
ral8
ral3
R4
ral4
R5
ral1 ral2
ral6ral9
R6
R1 R2
Router R6 (Tabla externa BGP con SA1 y SA2 a través de R2 y R5)
CAMINO_SA DESTINO RUTA
SA2-SA1 ral1 R5
SA2-SA1 ral2 R5
SA2 ral3 R5
SA2 ral4 R5
SA2 ral5 R5
Tabla creada al informar R2 a R5 y R5 a R2 mediante
mensajes BGP
(continuación)Respuesta c)
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Respuesta c)
71
SA2R3
SA1
SA3R8 R7
ral5
ral7
ral8
ral3
R4
ral4
R5
ral1 ral2
ral6ral9
R6
R1 R2
Se asume que para cualquier dirección de red que no
aparezca en su Tabla interna, R6 acudirá a su Tabla externa
Router R6 (Tabla interna RIP)DESTINO RUTA
ral6 Directaral7 R7ral8 R7ral9 R7
(continuación)
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Cuestión d)
Indique los mensajes de actualización recibidos por el router R6, conlos campos más significativos, para la creación de su tabla externa BGP
72
SA2R3
SA1
SA3R8 R7
ral5
ral7
ral8
ral3
R4
ral4
R5
ral1 ral2
ral6ral9
R6
R1 R2
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Respuesta d)
73
SA2R3
SA1
SA3R8 R7
ral5
ral7
ral8
ral3
R4
ral4
R5
ral1 ral2
ral6ral9
R6
R1 R2
MENSAJE DE ACTUALIZACIÓNde R2 a R5
Destinos = ral1 ral2
Camino_SA = SA1Siguiente_Salto = R2
MENSAJE DE ACTUALIZACIÓNde R5 a R6
Camino_SA = SA2, SA1Siguiente_Salto = R5Destinos = ral1 ral2
Router R6 (Tabla externa BGP con
SA1 y SA2 a través de R2 y R5)
CAMINO_SA DESTINO RUTA
SA2-SA1 ral1 R5SA2-SA1 ral2 R5
SA2 ral3 R5SA2 ral4 R5SA2 ral5 R5
MENSAJE DE ACTUALIZACIÓNde R5 a R6
Camino_SA = SA2Siguiente_Salto = R5Destinos = ral3 ral4 ral5
(PREVIO)
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El Encaminamiento en los SA de los Operadores
Por regla general, la red IP de un operador de nivel 3 es un SA públicobasado en una red WAN-IP-MPLS con QoS (calidad de servicio) sobretecnología GigaEthernet (EthernetGigabit/Ethernet10Gigabit) con unIGP (OSPF) y un EGP (BGP, generalmente, vía IXP)
MPLS (MultiProtocol Label Switching): Conmutaciónde Etiquetas Multiprotocolo
• Técnica de conmutación rápida para IP queincorpora mecanismos de otras tecnologías comoATM (Frame-Relay y X.25), que ofrece unencaminamiento más rápido de paquetes por lasredes actuales de los operadores
– Tecnología de red que mejora el tratamiento del tráfico IP respectoal método convencional de encaminamiento en los routers
– Objetivo inicial: Aumentar la eficiencia en el proceso de los routersmediante un método más rápido de encaminamiento o reenvío depaquetes por la red IP de un operador
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7575
Reenvío de paquetes sin analizar la cabecera IP Se pone, por delante de cada datagrama IP, una CABECERA
MPLS adicional (32 bits) con un CAMPO DE CONTROLdenominado “ETIQUETA” (20 bits) y el encaminamiento serealiza en función de dicha “ETIQUETA” y no por la dirección dedestino de la cabecera IPLa “ETIQUETA” simplifica el nº de tareas en el proceso del
paquete y va cambiado en cada salto o router IP-MPLS Cada ROUTER IP-MPLS (salvo el router de acceso que gestiona
una tabla con la asociación dirección destino-etiqueta) mantieneuna TABLA DE ETIQUETAS con la asociación interfaz deentrada y etiqueta de entrada-interfaz de salida y etiqueta de salida
Cada datagrama IP junto con su cabecera MPLS se encapsuladirectamente sobre tramas del nivel de enlace (ETHERNET)
Capacidad para implementar calidad de servicio (QoS) Desde el punto de vista de los usuarios: Total transparencia para sus
aplicaciones IP
Características de MPLS
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7676
Terminología MPLS Clase Equivalente de Retransmisión (Forwarding Equivalent Class, FEC):
Conjunto de paquetes, con el mismo prefijo de dirección IP destino, que van a recibirun mismo tratamiento en cada salto (router IP-MPLS) en la red IP-MPLS del operador
Todos los paquetes deben ser procesados de la misma forma desde el punto de vista delsiguiente salto
Etiqueta MPLS (MPLS Label) o Etiqueta FEC (FEC Label): Campo de control de la cabecera MPLS de 20 bits cuyo contenido es un número
“corto” de longitud fija que identifica el valor de la etiqueta Similar a un identificador de conexión o Identificador lógico Circuito Virtual-Canal
Virtual (VCI-VPI) de una célula ATM Significado local (la etiqueta cambia en cada router) a diferencia del significado global
de la dirección IP (que no cambia en la red IP) El primer router MPLS (router de acceso) pone una etiqueta a partir de la información
de su TABLA DE ETIQUETAS y en función de la dirección IP de la red de destino(prefijo) o de la dirección IP (prefijo) de la máquina destinataria
Router IP-MPLS = Router IP + Conmutador MPLS: Router IP capaz, además, de conmutar etiquetas. Dos tipos:
• Router de acceso IP-MPLS (Label Edge Router, LER)• Router de tránsito IP-MPLS (Label Switch Router, LSR)
Dominio MPLS: Conjunto contiguo de routers IP-MPLS
Trayecto MPLS o LSP (Label Swiched Path): Ruta definida mediante la asociación o concatenación de etiquetas o números MPLS o
FEC
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7777
Etiqueta MPLS (20 bits) Experimental(3 bits)
S. I. (1 bit)
TTL(8 bits)
CABECERA MPLS de 32 bits
Formato y Posición de una Etiqueta MPLS dentro de la Cabecera MPLS
Cabecera ETHERNET Cabecera MPLS Cabecera IP Datos
Identificador de Pila (Stack Identifier) = Diferencia las etiquetas de diferentes dominios MPLS cuando un operador tiene un nº elevado de routers IP-MPLS y estructura éstos en función de
dichos dominios MPLSSI = 1 (última etiqueta o primera en llegar y
primera en salir)
Para ofrecer calidad de servicio (paquetes de voz adelanten a los paquetes de datos en las colas de los routers de tránsito IP-MPLS):•101 (5 en decimal) = paquetes de voz•011 (3 en decimal) = paquetes de datos
PAQUETE IP
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78
Tratamiento del campo TTL Al entrar un paquete IP en la red IP-MPLS, el router de
acceso IP-MPLS añade la cabecera MPLS e inicializa elTTL de la cabecera MPLS con el mismo valor que tiene enese momento el TTL de la cabecera IP menos uno
Durante el viaje del paquete IP por la red IP-MPLS, elcampo TTL de la etiqueta disminuye en una unidad porcada salto El campo TTL de la cabecera IP no se modifica.
A la salida de la red IP-MPLS, el router final IP-MPLS deltrayecto quita la etiqueta MPLS y actualiza, en la cabeceraIP, el valor del TTL que tenía la cabecera MPLS menos uno
Si en algún momento el TTL vale 0 el paquete es descartado Si hay etiquetas apiladas solo cambia el TTL de la etiqueta
situada más arriba Cuando se añade una etiqueta, hereda el valor de la
anterior en la pila, cuando se quita pasa su valor (menosuno) a la que tenía debajo.
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7979
1
R1
R2
R3
R4
R6 R7
R51
1
1 1
1
1
2 caminos alternativos desde R3 a R5:R3-R4-R5 (coste = 2) y R3-R6-R7-R5 (coste = 3)
• Alto uso del camino R3-R4-R5 = congestión y pérdida de información • Desaprovechado (sin tráfico) el camino R3-R6-R7-R5• Mismo problema si se desea utilizar el camino R3-R6-R7-R5 y
se reconfiguran estáticamente sus routers
LIMITACIONES DE IP: Estrategia EstáticaTOPOLOGÍA DEL “PROBLEMA DEL PEZ”
ROUTER
•Al inicio se envía todo por R3-R4-R5 (coste = 2)
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8080
LIMITACIONES DE IP: Estrategia DinámicaTOPOLOGÍA DEL “PROBLEMA DEL PEZ”
R1
R2
R3
R4
R6 R7
R51
1
1
1
1
1
1
2 caminos alternativos desde R3 a R5:R3-R4-R5 (coste = 2) y R3-R6-R7-R5 (coste = 3)
•Al inicio se envía todo por R3-R4-R5 (coste = 2)•Desaprovechado (sin tráfico) el camino R3-R6-R7-R5•Pasado el tiempo se detectaría la congestión en R3-R4-R5, sereconfigurarían dinámicamente los routers y se pasaría a enviar todo eltráfico por R3-R6-R7-R5 hasta que éste se congestione dejando el caminoR3-R4-R5 sin usar = La congestión oscilaría entre los dos caminos sin llegara una solución aceptable
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8181
LIMITACIONES DE IP: Calidad de servicioTOPOLOGÍA DEL “PROBLEMA DEL PEZ”
R2
•Dos usuarios (O1 y O2) contratan los servicios Premium (alta calidad) y normal (“best effort”), respectivamente, a través de un mismo router de acceso y ambos están interesados en enviar tráfico al usuario O3•El router de acceso (R1) del ISP, al encaminar los datagramas IP de O1 y O2 hacia O3, no puede ofrecer un servicio diferenciado a ambos clientes ya que ambos tráficos se encaminan por la misma ruta (la más corta) porque dicho encaminamiento se realiza SIEMPRE por la dirección de destino ofreciendo, si se puede, los recursos indicados por la calidad de servicio (QoS) contratada
R1
R3 R4
R3
Red troncal del ISP
O1
O2
O3
Serviciode
alta calidad(tarifa premium)
Servicionormal
(tarifa normal)
Enlaces de alta capacidad
Enlaces de baja capacidad
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LIMITACIONES DE IP SUPERADAS POR ATM Calidad de Servicio
TOPOLOGÍA DEL “PROBLEMA DEL PEZ”
R2
•Dos usuarios (O1 y O2) contratan los servicios Premium (alta calidad)y normal (“best effort”) a través de un mismo router de acceso y ambos estáninteresados en enviar tráfico al usuario O3
•Una solución ampliamente adoptada por los ISP era el uso de una red troncal ATM donde resulta sencillo crear dos PVC independientes para encaminar el tráfico por las rutas de alta y baja capacidad. Por tanto, en el caso de una red ATM, el “problema del pez” sería trivial ya que se podrían crear 2 PVC que distribuyan el tráfico entre los caminos existentes de manera óptima
R1
R3 R4
R3
Red troncal ATM del ISP
O1
O2
O3
Serviciode
alta calidad(tarifa premium)
Servicionormal
(tarifa normal)
Enlaces de alta capacidad
Enlaces de baja capacidad
PVCO1-03
PVCO2-03
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MPLS basado en ATM MPLS es una tecnología de conmutación rápida para
IP que incorpora mecanismos de ATMUna etiqueta MPLS de un paquete IP-MPLS es
similar al identificador de conexión (identificadorlógico) de una célula ATM:• Circuito virtual-Canal Virtual (sesión) en ATM• Un trayecto MPLS o LSP (Label Switched Path)
es una concatenación de etiquetas, equivalenteal circuito virtual, que siguen todos los paquetescon un mismo prefijo de dirección IP destino
Como la tecnología Ethernet se ha impuesto a latecnología ATM, entoncesLos operadores han adoptado MPLS sobre
tecnología GigaEthernet abandonado el tradicionalmodelo ATM
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8484
DESCRIPCIÓN DEL FUNCIONAMIENTO MPLS
El último router de la red de acceso (ROUTER FINAL IP-MPLS
DEL TRAYECTO) quita la etiqueta
A
B
R1R2
R3
R4
R5
R6
R7
R8
R9
El primer router de la red de acceso R1 (ROUTER DE ACCESO
IP-MPLS) pone la etiqueta
Datagrama IP
Datagrama IP con Etiqueta
Los routers de la red de transporte (ROUTERS DE TRÁNSITO)conmutan por etiquetas
Interfaz IP convencional
ASIGNACIÓN DE UNA ETIQUETA A CADA DATAGRAMA IP EN LOS ROUTERS DE ACCESO A LA RED
Interfaz IP convencional
ROUTERS DEL NÚCLEO CENTRAL (ROUTERS DE TRÁNSITO)
DISPONEN DE TABLAS DE ENCAMINAMIENTOPOR ETIQUETAS PARA NO CONSULTAR
LA CABECERA DEL DATAGRAMA IP
LA CABECERA DEL DATAGRAMA IP SÓLOSE ANALIZA UNA VEZ
EN EL PRIMER ROUTER
RED IP-MPLS
El primer router IP-MPLS (router de acceso) pone una etiqueta en función de la dirección IP destino
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8585
Conmutación MPLS frente a IP Convencional
118.10.13.1 Datos
118.10.13.1 Datos 118.10.13.1 Datos8
118.10.13.1 Datos 118.10.13.1 Datos
118.10.13.1 Datos6
2
3
...121.22 2
D. D. L118.10 1
...121.22 3
D. D. L118.10 1
...121.22 1
D. D. L118.10 1
1 1
R1 R2 R32 3
4 2 1
...121.22 2 4
D. D. L E118.10 1 8
...
L E. E. L E.S4 8 1 6
...
L E. E. L E.S2 6 1 5
AL LLEGAR UN DATAGRAMA IP AL ROUTER DE ACCESO, ÉSTE LE AÑADE UN CAMPO ETIQUETA CON UN VALOR (8), EL SIGUIENTE ROUTER DE TRÁNSITO CONSULTA EL CAMPO ETIQUETA DE ENTRADA (EE) EN SU
TABLA DE ETIQUETAS BUSCANDO DICHO VALOR (8) PARA SU INTERFAZ DE ENTRADA (4) Y CAMBIA EL VALOR DE ENTRADA (8) POR EL VALOR (6) O Nº DE ETIQUETA ASOCIADO EN EL CAMPO ETIQUETA DE SALIDA (ES))
Y ASÍ SUCESIVAMENTE
IP convencional
IP convencional
MPLS MPLS
Dirección de Destino
Línea o interfazde salida
Etiquetade entrada
Etiquetade salida
Interfazde salida Interfaz
de entrada
Interfazde salidaInterfaz
de entradaEtiquetade salida
Etiquetade salida
5
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8686
Trayecto MPLS
138.100.8.1
Asociación de etiquetas en las tablas
8 6 41
4
A
BR1 R2 R3
R42
1 3
4
4
32
1
1
43
22
3
E.E.
8
L.E.
2
E.S.
6
L.S.
4
E.E.
6
L.E.
3
E.S.
4
L.S.
4
E.S
8
L.E
1
D.D.
138.100
L.S
3
E.E.
4
L.E
2
L..S
3
138.100.8.1
Línea o interfazde entrada
Línea o interfazde salida
•Trayecto MPLS o LSP (Label Switched Path): Ruta definidamediantela asociación o concatenación de etiquetas• Un LSP es el equivalente al circuito virtual que siguen todos los paquetespertenecientes a un mismo FEC, el cual se establece previamente antes delenvío
LSP = 8-6-4
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8787
2 Tipos de Asignaciones de Etiquetas
C/D
7 C/D 9 C/D
C/D
E F
A/B
7 A/B 9 A/B
A/B
E/F
1 E/F 5 E/F
E/F
...E/F2 E/F 6 E/F
E/F
A
C
B
DR1 R2 R3 R4
ASIGNACIÓN DE UNA ETIQUETA POR LA DIRECCIÓN DE RED (PREFIJO)
ASIGNACIÓN DE UNA ETIQUETA EN FUNCIÓN DE LA APLICACIÓN
CABECERAMPLS
CABECERAIP
Aplicaciónde audio
Aplicaciónde datos
CABECERAMPLS
CABECERAIP
CABECERAMPLS
CABECERAIP
CABECERAMPLS
CABECERAIP
...
CABECERAIP
CABECERAIP
CABECERAIP
CABECERAIP
100.10 110.8
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8888
R1
Jerarquía de EtiquetasDominios MPLS para una visión más estructurada con un número
elevado de routers
Etiqueta 2
R3
R4
Dominio MPLS 2
R8
Etiqueta 3
Dominio MPLS 3
R5 R6 R7
AB
R9
Etiqueta 1
R2
Cabecera nivel 2
Dominio MPLS 1
R10
DatosCabeceraIP
Trayecto creado a través de 3 Redes IP-MPLS diferentes
Routerde Tránsito
Routerde Acceso
Conmuta los datagramas IPdel flujo A-B en función de
Etiqueta 1 Routerfinal de trayecto
en el dominio MPLS 3retira Etiqueta 3
y conmuta según Etiqueta 2
Routerde Tránsito
Conmuta los datagramas IPdel flujo A-B en función de
Etiqueta 2
Routerde Tránsito
Conmuta los datagramas IPdel flujo A-B en función de
Etiqueta 3
Routerfinal de trayecto
en el dominio MPLS 2retira Etiqueta 2
y conmuta según Etiqueta 1
Conmuta los datagramas IPdel flujo A-B en función de
Etiqueta 1
Routerde Tránsito
RetiraEtiqueta 1
En la primera entrada de cada dominio se añade una nueva etiqueta, procesándose siempre la etiqueta que está en la cima de la pila que se corresponde con el dominio actual
Routerde Acceso
Routerde Acceso
AñadeEtiqueta 1
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8989
JERARQUÍA DE ETIQUETAS
MPLS permite el uso de varias etiquetas apiladas según lafilosofía LIFO (“último en entrar primero en salir”)
El bit SI (Stack Identifier) de la cabecera MPLS activadoindica que es la última etiqueta (la primera en llegar)
El bit SI (Stack Identifier) de la cabecera MPLS no activadoindica que hay varias etiquetas apiladas
Se procesa siempre la etiqueta que está en la cima de la pila(última etiqueta que se añadió al datagrama IP)
Etiquetan
Etiquetan-1
Etiqueta1
Datagrama IPNivel 2
TTL TTL TTL
SI = 0 SI = 0 SI = 1
Experimental
CIMA PILA
FONDO PILA
ExperimentalExperimental
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9090
Métodos de Control de Distribución de Etiquetas
Bajo demanda
R1- MPLS1 R2- MPLSEtiqueta de Entrada
(EE)
Solicitud de etiqueta
En sentido contrario a la transferencia de datos (del router de acceso destino hacia el router de acceso origen)
mediante una solicitud previa de etiqueta
1. Movimiento de etiquetas
2. Método de distribución
3. Control de la distribución
2
1
Control Ordenado
Se apuntan en las dos columnas
(entrada y salida) de la tabla de etiquetas
Etiqueta de salidaEtiqueta de entrada
Cada router MPLS esperarecibir la etiqueta del router descendente (EE) y apunta
la etiqueta recibida en la Tabla de Etiquetas como salida (ES) y realiza la asignación de una
etiqueta local (EE) a dicha ES y distribuye dicha etiqueta (EE) a los
routers ascendentes
Router ascendente
Router descendente
Recibe la EE (Etiqueta de Entrada)del descendente
Asocia una EE (Etiqueta de Entrada)a la EE recibida y se la envía a los ascendentes
LDP (Label Distribution Protocol)
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9191
Mensajes del Protocolo LDP
Ejemplo de Distribución de Etiquetas
128.89.9
128.89
Usa etiqueta 9 para 128.89
128.89. 0 9
171.10
Usa etiqueta 7 para 171.10
171.10. 71
4
5
Usa etiqueta 4 para 128.89 yetiqueta 5 para 171.10
4128.89. 1
5171.10. 1
1
01
0
R4
E.E. FEC L. E.S.E.E. FEC L. E.S.E.E. FEC L. E.S.
R1R2
R3
Etiqueta de Salida
Etiqueta de Entrada
Línea o interfazde salida
Línea o interfazde salida Etiqueta
de SalidaEtiqueta
de Entrada
(Label Distribution Protocol)
Etiqueta de Entrada
Línea o interfazde salida
Conjunto de paquetes con un mismo tratamiento
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9292
ROUTER IP-MPLS
Datagrama IP
ControlIP
Conmutador de etiquetas
Datagrama IP
CONTROL IP: RIP, OSPF, IS-IS, BGP-4 CONTROL MPLS: LDP (Label Distribution Protocol)
Descubrir la presencia de routers MPLS (UDP) Crear, cambiar y borrar las asociaciones de etiqueta (vía TCP)
Un conmutador MPLS, aparte de conmutador de etiquetas, es parte de un router IP y, por tanto, dispone del protocolo IP y del correspondiente
soporte de encaminamiento dinámico para construir PREVIAMENTE el trayecto de menor coste y que las solicitudes de etiquetas se hagan al
router IP-MPLS vecino en la ruta de menor coste a la red de destino
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9393
MADRID
SEVILLA
171.1.0.0/16 171.2.0.0/16Una organización con 2 oficinas conectadas a través de la red IP-MPLS de su operador
Ethernet
EthernetLos routers de la empresa, al disponer de
la funcionalidad de calidad de servicio, ponen el código IPP (IP Precedence o
DSCP) a los paquetes IP procedentes de los conmutadores:
101000: paquetes de voz011000: paquetes de datos
BGPBGP
QoS: 101 (voz) y 011 (datos)
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94
TRÁFICO DE MADRID (ORIGEN) HACIA SEVILLA (DESTINO)1.El router de la oficina de Sevilla “R6” envía vía BGP la dirección pública de la red de Sevilla (171.2.0.0) alrouter IP-MPLS de acceso “R5” (si la dirección de la red de Sevilla fuera privada se enviaría la dirección públicadel router “R6” y se asume que el “R6” tiene funcionalidad NAT. NUNCA SE ENVÍA INFORMACIÓN DELAS DIRECCIONES PRIVADAS)
2.“R5” difunde vía RIP dicha dirección a todos sus nodos vecinos y éstos, a su vez, a los suyos dando porresultado que al final dicha dirección (y siguiente salto) la conocen el resto de routers de acceso de dichooperador3.Como el tráfico tiene que ir de “R2” a “R5” por la red IP-MPLS, entonces, previamente, “R2” (y el resto derouters IP-MPLS de la red del operador) obtiene vía RIP el siguiente salto por la ruta más corta a la direcciónde destino conectada directamente a otro router IP-MPLS de acceso del operador. En este caso “R5”. Así,“R4” aprende que para llegar a la dirección 171.2.0.0 tiene pasar por “R5” en un salto, “R3” aprende que parallegar a la dirección171.2.0.0 tiene pasar por “R4” en dos saltos, “R2” aprende que para llegar a la dirección171.2.0.0 tiene pasar por “R3” en tres saltos.4.Como las tablas de etiquetas se van formando ordenadamente de atrás (destino) hacia delante (origen), lastablas de etiquetas se van creando de forma ordenada desde el router de acceso IP-MPLS “R5” de la red dedestino (Sevilla: 171.2.0.0) al router de acceso IP-MPLS “R2” de la red de origen (Madrid: 171.1.0.0). Portanto,Orden de solicitudes: R2 SOLICITA (HACIA DELANTE!!!), mediante un mensaje LDP, una etiqueta a R3para el prefijo de dirección 171.2, R3 hace lo mismo con R4 y R4 con R5Orden de envío de etiquetas: R5 ELIGE etiqueta para el prefijo de dirección 171.2 y se la ENVÍA (HACIAATRÁS!!!) a R4 mediante un mensaje LDP, R4 elige una nueva etiqueta para el prefijo de dirección 171.2 y sela envía a R3 y R3 elige una nueva etiqueta para el prefijo de dirección 171.2 y, finalmente, se la envía a R2
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C1: No cambia ningún valor R1: Cambia el contenido de los campos de la cabecera IP: DSCP
(011000), TTL (decrementa en 1), CRC R2: Cambia los siguientes valores de campos de la cabecera IP: TTL, CRC
Añade el campo etiqueta con los valores:Nºde etiqueta
Como R2 tiene funcionalidad QoS según (IPP o DSCP), pone 101 en el campo EXP de la cabecera MPLSTTL: Pone el valor decrementado en 1 que había en el campo TTL de la
etiqueta MPLSR3: Cambia los valores de los siguientes campos de la etiqueta MPLS:Nºde etiquetaTTL
R4: Cambia los valores de los siguientes campos de la etiqueta MPLS: Nºde etiquetaTTL
R5: Elimina la etiquetaCambia los siguientes valores de campos de la cabecera IP: TTL: Copia el correspondiente valor decrementado en 1 que había en el
campo TTL de la etiqueta MPLSCRC
R6: Cambia los siguientes valores de campos de la cabecera IP: TTL, CRC C3: No cambia ningún campo
Respuestas de S1 a T31: Campos que cambian en una unidad de datos al pasar por los correspondientes dispositivos de comunicaciones
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¿Los paquetes de voz y datos van por el mismotrayecto en la red IP-MPLS?SÍ, las dos comunicaciones van por el mismo trayecto: R2-R3-R4-R5 (32-43-54) porque todos los paquetes, independientemente del contenido, seencaminan en función de las etiquetas almacenadas en las tablas MPLSde los correspondientes routers. Dichas etiquetas son las mismas para unpaquete de voz que para uno de datos. Otra cosa diferente es la prioridadde procesamiento en cada router en función del campo EXPERIMENTAL¿Pueden adelantar los paquetes de voz a los paquetesde datos en dicha red IP-MPLS?SÍ, se puede producir adelantamiento de los paquetes de voz a los paquetesde datos tanto en los routers de la red IP-MPLS, en caso de que hayapaquetes de datos en las colas de almacenamiento de los buffers de las líneasde salida. Los routers IP-MPLS distinguen un paquete de voz de uno dedatos por el correspondiente código que va en el campo“EXPERIMENTAL” de la etiqueta que será 101 en el caso de un paquetede voz y 011 en el caso de un paquete de datos.Los paquetes de voz tienenuna prioridad mayor en el campo EXP (101) que los paquetes de datos(011)
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c) ¿Y en los routers de la empresa? SÍ, se puede producir adelantamiento de los paquetes de voz a lospaquetes de datos tanto en los routers de la red de la empresa, en casode que haya paquetes de datos en las colas de almacenamiento de losbuffers de las líneas de salida. Los routers de la empresa distinguen unpaquete de voz de uno de datos por el correspondiente código que vaen el campo “DSCP” en la cabecera IP que será 1010000 en el caso deun paquete de voz y 0110000 en el caso de un paquete de datos. Lospaquetes de voz tienen una prioridad mayor en el campo DSCP(1010000) que los paquetes de datos (0110000)
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