ARQUITECTURA DE REDES DE COMUNICACIONES …pegaso.ls.fi.upm.es/arquitectura_redes/clase4... · Los...

ARQUITECTURA Y SERVICIOS DE INTERNET© Fco. Javier Yágüez García

11

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


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


3

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

3


444

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


5

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

5


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


7

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)

…


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


9

Red IP de un OperadorInfraestructura de Múltiples Routers

15 routers210 enlaces

9

Impensable una configuración manual dela tabla IP de cada router


1010

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


1111

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)


12

SA de un Operador o Red IP del OperadorBGP-4

(EGP externo)

12

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


13

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

13

Métodos de Conectividad entre los SA


14

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


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


15

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


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

16


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


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

17

Tráficos de 160 Gb/s


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

18


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)


20

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

IXP

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)


21

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


22

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



NÚCLEO DE INTERNET


23

Estructura de Internet de Nivel 3 Los ISP de nivel 3 pueden ser clientes o no de uno o más ISP de nivel 2


IXP

ISP de nivel 3

Los ISP de nivel 3 se interconectan

vía los IXPs

ISP de nivel 3


PAÍS


24

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


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)


26

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


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




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

… …


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


2929

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


Dominio de encaminamiento Dominio de encaminamiento


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


3131

Protocolos de Encaminamiento Dinámico de Unidifusión para IPv6

RFC 2080: RIPng for IPv6 RFC 5340: OSPF for IPv6 RFC 2545: BGP-4 for IPv6


3232

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


33

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

33


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

34


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


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



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



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



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)


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


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


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


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


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



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



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



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



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


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


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


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)


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


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



Tabla IP interna

Tabla IP interna

Tabla IP interna

Tabla IP interna

Tabla IP externa

Tabla IP externa

Dominio de encaminamiento Dominio de encaminamiento


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


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…


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


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


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


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


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


Camino_SA = SA2, SA1Siguiente_Salto = R4Destinos = Red1 Red2 Red3 Red4


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


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


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


Respuesta a)

64

ARQUITECTURA TCP/IP Protocolos de Encaminamiento Dinámico

HARDWARE


TCP UDP

RIPv2

OSPFv4 IP

(continuación)


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


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


TCP UDP

BGP-4

IP


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


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


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)


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)


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)


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


Respuesta d)

73

SA2R3

SA1

SA3R8 R7

ral5

ral7

ral8

ral3

R4

ral4

R5

ral1 ral2

ral6ral9

R6

R1 R2


Destinos = ral1 ral2

Camino_SA = SA1Siguiente_Salto = R2


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


Camino_SA = SA2Siguiente_Salto = R5Destinos = ral3 ral4 ral5

(PREVIO)


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


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


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


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


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.


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)


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


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


8282

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


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


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


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


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


•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


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


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


Etiqueta 2

Routerde Tránsito


Etiqueta 3

Routerfinal de trayecto

en el dominio MPLS 2retira Etiqueta 2

y conmuta según Etiqueta 1


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


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


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)


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 Etiqueta

de SalidaEtiqueta

de Entrada

(Label Distribution Protocol)

Etiqueta de Entrada


Conjunto de paquetes con un mismo tratamiento


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


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)


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


95

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


96

¿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)


97

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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