Enrutamiento

Como enrutan los host

Decisión de reenvió de host:

Otra función de la capa de red es dirigir los paquetes entre los hosts. Un host puede enviar un paquete:

• A sí mismo: en este caso, se utiliza una dirección IP especial, 127.0.0.1, que se denomina “interfaz loopback”. Esta dirección de loopback se asigna automáticamente a un host cuando se ejecuta TCP/IP. La capacidad de un host de enviarse un paquete a sí mismo mediante la funcionalidad de la red resulta útil para realizar pruebas. Cualquier dirección IP dentro de la red 127.0.0.0/8 se refiere al host local.

• A un host local: un host en la misma red que el host emisor. Los hosts comparten la misma dirección de red.

• A un host remoto: un host en una red remota. Los hosts no comparten la dirección de red.

Para determinar si un paquete está destinado a un host local o un host remoto, se compara la combinación de la dirección IP y la máscara de subred del dispositivo de origen (o emisor) con la dirección IP y la máscara de subred del dispositivo de destino.

En una red doméstica o comercial, es posible que tenga varios dispositivos conectados por cable o inalámbricos interconectados mediante un dispositivo intermediario, como un switch LAN o un punto de acceso inalámbrico (WAP). Este dispositivo intermediario proporciona interconexiones entre los hosts locales en la red local. Los hosts locales pueden comunicarse y compartir información sin necesidad de ningún dispositivo adicional. Si un host envía un paquete a un dispositivo que está configurado con la misma red IP que el dispositivo host, el paquete tan solo se reenvía por la interfaz del host, a través del dispositivo intermediario, directamente al dispositivo de destino.

Por supuesto, en la mayoría de las situaciones deseamos que los dispositivos puedan conectarse más allá del segmento de red local: a otros hogares, a otras empresas y a Internet. Los dispositivos que están más allá del segmento de red local se conocen como “hosts remotos”. Cuando un dispositivo de origen envía un paquete a un dispositivo de destino remoto, se necesita la ayuda de routers y el enrutamiento. El enrutamiento es el proceso mediante el cual se identifica el mejor camino hacia un destino. El router conectado al segmento de red local se denomina gateway predeterminado.

Gateway predeterminado:

El gateway predeterminado es el dispositivo que enruta el tráfico desde la red local hacia los dispositivos en las redes remotas. En un entorno doméstico o de pequeña empresa, el gateway predeterminado se suele utilizar para conectar la red local a Internet.

Si el host envía un paquete a un dispositivo en otra red IP, debe reenviar el paquete al gateway predeterminado a través del dispositivo intermediario. Esto se debe a que los dispositivos host no mantienen la información de enrutamiento más allá de la red local para llegar a destinos remotos; esto lo hace el gateway predeterminado. El gateway predeterminado, que en general es un router, mantiene una tabla de enrutamiento. Una tabla de enrutamiento es un archivo de datos que se encuentra en la RAM y que se utiliza para almacenar información de la ruta sobre la red conectada directamente, así como las entradas de redes remotas descubiertas por el dispositivo. El router utiliza la información en la tabla de enrutamiento para determinar cuál es el mejor camino para llegar a esos destinos.

¿Cómo decide un host si debe o no debe reenviar paquetes al gateway predeterminado? Los hosts deben poseer una tabla de enrutamiento local propia para asegurarse de que los paquetes de la capa de red se dirijan a la red de destino correcta. La tabla local del host generalmente contiene lo siguiente:

• Conexión directa: se trata de una ruta a la interfaz loopback (127.0.0.1).

• Ruta de red local: la red a la cual está conectado el host se completa automáticamente en la tabla de enrutamiento del host.

• Ruta predeterminada local: la ruta predeterminada representa la ruta que los paquetes deben seguir para llegar a todas las direcciones de redes remotas. La ruta predeterminada se crea cuando hay una dirección de gateway predeterminado en el host. La dirección de gateway predeterminado es la dirección IP de la interfaz de red del router que está conectada a la red local. La dirección de gateway predeterminado se puede configurar en el host de forma manual o se puede descubrir de manera dinámica.

Es importante observar que la ruta predeterminada y, por lo tanto, el gateway predeterminado, se utilizan solo cuando un host debe reenviar paquetes a una red remota. No se requieren, ni es necesario configurarlos, si solo se envían paquetes a dispositivos en la red local.

Por ejemplo, considere una impresora o un escáner de red. Si la impresora de red tiene una dirección IP y una máscara de subred configuradas, los hosts locales pueden enviar documentos a la impresora para imprimirlos. Además, la impresora puede reenviar los documentos escaneados a cualquier host local. En tanto la impresora se use solo de forma local, no se requiere una dirección de gateway predeterminado. De hecho, al no configurar una dirección de gateway predeterminado en la impresora, se deniega de manera eficaz el acceso a Internet, lo que puede ser una acertada decisión de seguridad. Sin acceso a Internet, no existe riesgo de seguridad. Si bien algunos dispositivos, como las impresoras, pueden ofrecer la capacidad de realizar actualizaciones automáticas por Internet, por lo general es más fácil y más seguro obtener esas mismas actualizaciones a través de cargarlas en forma local desde un host local protegido, como una PC.

Tabla de enrutamiento de host IPv4: 

En un host de Windows, se pueden utilizar los comandos route print o netstat -r para ver la tabla de enrutamiento del host. Los dos comandos provocan al mismo resultado. Al principio, los resultados pueden parecer abrumadores, pero son bastante fáciles de entender.

Al introducir el comando netstat -r o su equivalente, route print, se ven tres secciones relacionadas con las conexiones de red TCP/IP actuales:

• Lista de interfaces: enumera las direcciones de control de acceso al medio (MAC) y el número de interfaz asignado de cada interfaz con capacidad de red en el host, incluidos los adaptadores Ethernet, Wi-Fi y Bluetooth.

• Tabla de rutas IPv4: enumera todas las rutas IPv4 conocidas, incluidas las conexiones directas, las rutas de red locales y las rutas predeterminadas locales.

• Tabla de rutas IPv6: enumera todas las rutas IPv6 conocidas, incluidas las conexiones directas, las rutas de red locales y las rutas predeterminadas locales.

Nota: los resultados del comando varían según cómo esté configurado el host y los tipos de interfaz que tenga.

En la ilustración, se muestra la sección de la tabla de rutas IPv4 de los resultados. Observe que los resultados se dividen en cinco columnas que identifican lo siguiente:

• Destino de red: enumera las redes que se pueden alcanzar.

• Máscara de red: incluye una máscara de subred que le indica al host cómo determinar las porciones de red y de host de la dirección IP.

• Puerta de acceso: indica la dirección que utiliza la PC local para llegar a un destino en una red remota. Si un destino es directamente accesible, se muestra como “En enlace” en esta columna.

• Interfaz: indica la dirección de la interfaz física utilizada para enviar el paquete al gateway que se emplea para llegar al destino de red.

• Métrica: indica el costo de cada ruta y se utiliza para determinar la mejor ruta a un destino.

Entradas de enrutamiento de host IPv4:

Para ayudar a simplificar el resultado, las redes de destino se pueden agrupar en cinco secciones, identificadas por las áreas resaltadas en la ilustración:

0.0.0.0

La ruta predeterminada local. Todos los paquetes con destinos que no coincidan con otras direcciones especificadas en la tabla de enrutamiento se reenvían al gateway. Por lo tanto, todas las rutas de destino que no coincidan se envían al gateway con la dirección IP 192.168.10.1 (R1) que sale de la interfaz con la dirección IP 192.168.10.10. Observe que la dirección de destino final especificada en el paquete no cambia; en realidad, el host simplemente sabe que debe reenviar el paquete al gateway para su procesamiento posterior.

127.0.0.0 – 127.255.255.255

Todas estas direcciones de loopback se relacionan con la conexión directa y proporcionan servicios al host local.

192.168.10.0 - 192.168.10.255

Todas estas direcciones se relacionan con el host y la red local. Todos los paquetes con direcciones de destino dentro de esta categoría salen por la interfaz 192.168.10.10.

• 192.168.10.0: dirección de la ruta de red local que representa todas las PC en la red 192.168.10.x.

• 192.168.10.10: dirección del host local.

• 192.168.10.255: dirección de broadcast de la red, que envía mensajes a todos los hosts en la ruta de red local.

224.0.0.0

Direcciones multicast de clase D especiales reservadas para usar mediante la interfaz loopback (127.0.0.1) o la dirección IP del host (192.168.10.10).

255.255.255.255

Las últimas dos direcciones representan los valores de direcciones IP de broadcast limitado para usar mediante la interfaz loopback (127.0.0.1) o la dirección IP del host (192.168.10.10). Estas direcciones se pueden utilizar para buscar un servidor de DHCP antes de que se determine la dirección IP local.

Tabla de enrutamiento de host IPv4 de muestra:

Figura 1

Por ejemplo, si la PC1 desea enviarle un paquete a 192.168.10.20, debería hacer lo siguiente:

1. Consultar la tabla de rutas IPv4.

2. Encontrar la correspondencia entre la dirección IP de destino y la entrada de destino de red 192.168.10.0 para determinar que el host está en la misma red (En enlace).

3. Luego, la PC1 enviaría el paquete hacia el destino final mediante su interfaz local (192.168.10.10).

En la figura 1, se destaca la ruta en que se encontró coincidencia.

Si la PC1 desea enviar un paquete a un host remoto ubicado en 10.10.10.10, debería hacer lo siguiente:

1. Consultar la tabla de rutas IPv4.

2. Determinar que no hay una coincidencia exacta para la dirección IP de destino.

3. Elegir la ruta predeterminada local (0.0.0.0) para descubrir que debe reenviar el paquete a la dirección de gateway 192.168.10.1.

4. Luego, la PC1 reenvía el paquete al gateway para usar su interfaz local (192.168.10.10). A continuación, el dispositivo de gateway determina la siguiente ruta para que el paquete llegue a la dirección de destino final 10.10.10.10.

Figura 2

En la figura 2, se destaca la ruta en que se encontró coincidencia.

Tabla de enrutamiento de host IPv6 de muestra: 

El resultado de la tabla de rutas IPv6 difiere en los encabezados de las columnas y el formato, debido a que las direcciones IPv6 son más largas.

En la sección de la tabla de rutas IPv6, se muestran cuatro columnas que identifican lo siguiente:

• Si: incluye los números de interfaz de la sección Lista de interfaces del comando netstat –r. Los números de interfaz corresponden a las interfaces con capacidad de red en el host, incluidos los adaptadores Ethernet, Wi-Fi y Bluetooth.

• Métrica: indica el costo de cada ruta a un destino. Los números más bajos indican las rutas preferidas.

• Destino de red: enumera las redes que se pueden alcanzar.

• Puerta de acceso: indica la dirección que utiliza el host local para reenviar paquetes a un destino de red remoto. “En enlace” indica que el host actualmente está conectado.

Por ejemplo, en la ilustración, se muestra la sección de rutas IPv6 generada mediante el comando netstat – r para mostrar los siguientes destinos de red:

• ::/0: equivalente en IPv6 a la ruta predeterminada local.

• ::1/128: equivale a la dirección de loopback IPv4 y proporciona servicios al host local.

• 2001::/32: prefijo de red unicast global.

• 2001:0:9d38:953c:2c30:3071:e718:a926/128: dirección IPv6 unicast global de la PC local.

• fe80::/64: dirección de la ruta de red de enlace local, que representa todas las PC en la red IPv6 de enlace local.

• fe80::2c30:3071:e718:a926/128: dirección IPv6 link-local de la PC local.

• ff00::/8: direcciones multicast de clase D especiales y reservadas que equivalen a las direcciones IPv4 224.x.x.x.

Nota: en general, las interfaces en IPv6 tienen dos direcciones IPv6: una dirección link-local y una dirección unicast global. Asimismo, observe que no hay direcciones de broadcast en IPv6.

Tablas de enrutamiento de router

Decisión de reenvío de paquetes del router: 

Cuando un host envía un paquete a otro host, utiliza la tabla de enrutamiento para determinar adónde enviar el paquete. Si el host de destino está en una red remota, el paquete se reenvía a la dirección de un dispositivo de gateway.

¿Qué sucede cuando un paquete llega a una interfaz del router? El router examina la tabla de enrutamiento para determinar adónde reenviar los paquetes.

La tabla de enrutamiento de un router almacena información sobre lo siguiente:

• Rutas conectadas directamente: estas rutas provienen de las interfaces del router activas. Los routers agregan una ruta conectada directamente cuando se configura una interfaz con una dirección IP y se activa. Cada una de las interfaces del router se conecta a un segmento de red diferente. En la tabla de enrutamiento, los routers mantienen información acerca de los segmentos de red a los que están conectados.

• Rutas remotas: estas rutas provienen de las redes remotas conectadas a otros routers. El administrador de red puede configurar las rutas a estas redes de forma manual en el router local, o estas se pueden configurar de forma dinámica habilitando al router local para que intercambie información de enrutamiento con otros routers mediante protocolos de enrutamiento dinámico.

En la ilustración, se identifican las redes conectadas directamente y las redes remotas del router R1.

Tabla de enrutamiento de router IPv4: 

En una tabla de enrutamiento de host, solo se incluye información sobre las redes conectadas directamente. Un host requiere un gateway predeterminado para enviar paquetes a un destino remoto. La tabla de enrutamiento de un router contiene información similar, pero también puede identificar redes remotas específicas.

La tabla de enrutamiento de un router es similar a la tabla de enrutamiento de un host. Ambas identifican lo siguiente:

• Red de destino

• Métrica asociada a la red de destino

• Gateway para llegar a la red de destino

En un router, se puede utilizar el comando show ip route para ver la tabla de enrutamiento. Un router también proporciona información adicional de la ruta, incluida la forma en que se descubrió la ruta, cuándo se actualizó por última vez y qué interfaz específica se debe utilizar para llegar a un destino predefinido.

Cuando un paquete llega a la interfaz del router, este examina el encabezado del paquete para determinar la red de destino. Si la red de destino coincide con una ruta de la tabla de enrutamiento, el router reenvía el paquete utilizando la información especificada en la tabla. Si hay dos o más rutas posibles hacia el mismo destino, se utiliza la métrica para decidir qué ruta aparece en la tabla de enrutamiento.

En la ilustración, se muestra la tabla de enrutamiento del R1 en una red simple. A diferencia de la tabla de enrutamiento de host, no hay encabezados de columna que identifiquen la información incluida en una entrada de la tabla de enrutamiento. Por lo tanto, es importante conocer el significado de los distintos tipos de información incluidos en cada entrada.

Entradas de tabla de enrutamiento de red conectada directamente:

Cuando se configura una interfaz del router activa con una dirección IP y una máscara de subred, automáticamente se crean dos entradas en la tabla de enrutamiento. En la ilustración, se muestran las entradas de la tabla de enrutamiento en el R1 para la red conectada directamente 192.168.10.0. Estas entradas se agregaron de forma automática a la tabla de enrutamiento cuando se configuró y se activó la interfaz GigabitEthernet 0/0. Las entradas contienen la siguiente información:

Origen de la ruta

El origen de la ruta se rotula como “A” en la ilustración. Identifica el modo en que se descubrió la ruta. Las interfaces conectadas directamente tienen dos códigos de origen de la ruta.

• C: identifica una red conectada directamente. Las redes conectadas directamente se crean de forma automática cuando se configura una interfaz con una dirección IP y se activa.

• L: identifica que la ruta es link-local. Las redes link-local se crean de forma automática cuando se configura una interfaz con una dirección IP y se activa.

Red de destino

La red de destino se rotula como “B” en la ilustración. Identifica la dirección de la red remota.

Interfaz de salida

La interfaz de salida se rotula como “C” en la ilustración. Identifica la interfaz de salida que se debe utilizar al reenviar paquetes a la red de destino.

En general, los routers tienen varias interfaces configuradas. La tabla de enrutamiento almacena información sobre las rutas conectadas directamente y las remotas. Tal como ocurre con las redes conectadas directamente, el origen de la ruta identifica cómo se descubrió la ruta. Por ejemplo, los códigos comunes para las redes remotas incluyen lo siguiente:

• S: indica que un administrador creó la ruta manualmente para llegar a una red específica. Esto se conoce como “ruta estática”.

• D: indica que la ruta se obtuvo de forma dinámica de otro router mediante el protocolo de enrutamiento de gateway interior mejorado (EIGRP).

• O: indica que la ruta se obtuvo de forma dinámica de otro router mediante el protocolo de enrutamiento Open Shortest Path First (OSPF).

Entradas de tabla de enrutamiento de red remota:

En la ilustración, se muestra una entrada de la tabla de enrutamiento en el R1 para la ruta a la red remota 10.1.1.0. La entrada indica la siguiente información:

• Origen de la ruta: identifica el modo en que se descubrió la ruta.

• Red de destino: identifica la dirección de la red remota.

• Distancia administrativa: identifica la confiabilidad del origen de la ruta.

• Métrica: identifica el valor asignado para llegar a la red remota. Los valores más bajos indican las rutas preferidas.

• Siguiente salto: identifica la dirección IP del router siguiente para reenviar el paquete.

• Marca de hora de la ruta: identifica cuándo fue la última comunicación con la ruta.

• Interfaz de salida: identifica la interfaz de salida que se debe utilizar para reenviar un paquete hacia el destino final.

Dirección Next-Hop:

El siguiente salto es la dirección del dispositivo que procesará el paquete a continuación. Para un host en una red, la dirección del gateway predeterminado (interfaz del router) es el siguiente salto para todos los paquetes que se deben enviar a otra red. En la tabla de enrutamiento de un router, cada ruta a una red remota incluye un siguiente salto.

Cuando un paquete destinado a una red remota llega al router, este busca una correspondencia entre la red de destino y una ruta en la tabla de enrutamiento. Si se encuentra una coincidencia, el router reenvía el paquete a la dirección IP del router de siguiente salto mediante la interfaz que se identificó con la entrada de la ruta.

Un router de siguiente salto es el gateway a las redes remotas.

Por ejemplo, en la ilustración, un paquete que llega al R1 destinado a la red 10.1.1.0 o la red 10.1.2.0 se reenvía a la dirección de siguiente salto 209.165.200.226 mediante la interfaz serial 0/0/0.

Las redes conectadas directamente a un router no tienen dirección de siguiente salto, porque los routers pueden reenviar los paquetes en forma directa a los hosts en esas redes mediante la interfaz designada.

El router no puede reenviar los paquetes sin una ruta para la red de destino en la tabla de enrutamiento. Si no hay una ruta que represente la red de destino en la tabla de enrutamiento, el paquete se descarta (es decir, no se reenvía).

Sin embargo, de la misma manera en que un host puede utilizar un gateway predeterminado para reenviar un paquete a un destino desconocido, un router también se puede configurar para que utilice una ruta estática predeterminada para crear un gateway de último recurso.

Tabla de enrutamiento de router IPv4 de muestra: 

Suponga que la PC1 con la dirección IP 192.168.10.10 desea enviar un paquete a otro host en la misma red. La PC1 revisaría la tabla de rutas IPv4 según la dirección IP de destino. Luego, la PC1 descubriría que el host está en la misma red y, simplemente, lo enviaría por su interfaz (En enlace).

Nota: el R1 no participa en la transferencia del paquete. Si la PC1 reenvía un paquete a cualquier red que no sea su red local, debe utilizar los servicios del router R1 y reenviar el paquete a su ruta predeterminada local (192.168.10.1).

Los siguientes ejemplos muestran cómo un host y un router toman decisiones de enrutamiento de paquetes consultando sus respectivas tablas de enrutamiento:

Figura 1

Ejemplo 1: la PC1 desea verificar la conectividad a su gateway predeterminado local en 192.168.10.1 (la interfaz del router).

1. La PC1 consulta la tabla de rutas IPv4 sobre la base de la dirección IP de destino.

2. La PC1 descubre que el host está en la misma red y simplemente envía un paquete ping por la interfaz (En enlace).

3. El R1 recibe el paquete en su interfaz Gigabit Ethernet 0/0 (G0/0) y examina la dirección IP de destino.

4. El R1 consulta la tabla de enrutamiento.

5. El R1 busca en esa tabla la entrada que coincide con la dirección IP de destino, la entrada L 192.168.10.1/32, y descubre que esta corresponde a su propia interfaz local, como se muestra en la figura 1.

6. El R1 abre el resto del paquete IP y responde en consecuencia.

Figura 2

Ejemplo 2: la PC1 desea enviar un paquete a la PC2 (192.168.11.10).

1. La PC1 consulta la tabla de rutas IPv4 y descubre que no hay una coincidencia exacta.

2. Por lo tanto, la PC1 utiliza la red de todas las rutas (0.0.0.0) y envía el paquete mediante la ruta predeterminada local (192.168.10.1).

3. El R1 recibe el paquete en su interfaz Gigabit Ethernet 0/0 (G0/0) y examina la dirección IP de destino (192.168.11.10).

4. El R1 consulta la tabla de enrutamiento y busca la entrada que coincide con la dirección IP de destino, la entrada C 192.168.11.0/24, como se muestra en la figura 2.

5. El R1 reenvía el paquete por la interfaz Gigabit Ethernet 0/1 (G0/1) conectada directamente.

6. La PC2 recibe el paquete y consulta la tabla de enrutamiento IPv4 de host.

7. La PC2 descubre que el paquete está dirigido a ella, abre el resto del paquete y responde en consecuencia.

Figura 3

Ejemplo 3: la PC1 desea enviar un paquete a 209.165.200.226.

1. La PC1 consulta la tabla de rutas IPv4 y descubre que no hay una coincidencia exacta.

2. Por lo tanto, la PC1 utiliza la ruta predeterminada (0.0.0.0/0) y envía el paquete mediante el gateway predeterminado (192.168.10.1).

3. El R1 recibe el paquete en su interfaz Gigabit Ethernet 0/0 (G0/0) y examina la dirección IP de destino (209.165.200.226).

4. El R1 consulta la tabla de enrutamiento y busca la entrada que coincide con la dirección IP de destino, la entrada C 209.165.200.224/30, como se muestra en la figura 3.

5. La R1 reenvía el paquete por la interfaz serial 0/0/0 (S0/0/0) conectada directamente.

Figura 4

Ejemplo 4: la PC1 desea enviar un paquete al host con la dirección IP 10.1.1.10.

1. La PC1 consulta la tabla de rutas IPv4 y descubre que no hay una coincidencia exacta.

2. Por lo tanto, la PC1 utiliza la red de todas las rutas (0.0.0.0) y envía el paquete a su ruta predeterminada local (192.168.10.1).

3. El R1 recibe el paquete en la interfaz Gigabit Ethernet 0/0 (G0/0) y examina la dirección IP de destino (10.1.1.10).

4. El R1 consulta la tabla de enrutamiento y busca la entrada que coincide con la dirección IP de destino, la entrada D 10.1.1.0/24, como se muestra en la figura 4.

5. El R1 descubre que debe enviar el paquete a la dirección de siguiente salto 209.165.200.226.

6. Nuevamente, el R1 consulta la tabla de enrutamiento y busca la entrada que coincide con la dirección IP de destino, la entrada C 209.165.200.224/30, como se muestra en la figura 4.

7. La R1 reenvía el paquete por la interfaz serial 0/0/0 (S0/0/0) conectada directamente.

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