Enrutador (informática) - Router (computing)

Un enrutador Cisco ASM / 2-32EM que se implementó en el CERN en 1987

Un enrutador es un dispositivo de red que envía paquetes de datos entre redes de computadoras . Los enrutadores realizan las funciones de dirección del tráfico en Internet . Los datos enviados a través de Internet, como una página web o un correo electrónico , se encuentran en forma de paquetes de datos. Por lo general, un paquete se reenvía de un enrutador a otro enrutador a través de las redes que constituyen una internetwork (por ejemplo, Internet) hasta que llega a su nodo de destino .

Un enrutador está conectado a dos o más líneas de datos de diferentes redes IP . Cuando un paquete de datos entra en una de las líneas, el enrutador lee la información de la dirección de red en el encabezado del paquete para determinar el destino final. Luego, utilizando información en su tabla de enrutamiento o política de enrutamiento , dirige el paquete a la siguiente red en su viaje.

El tipo más familiar de enrutadores IP son los enrutadores domésticos y de pequeñas oficinas que simplemente reenvían paquetes IP entre las computadoras del hogar e Internet. Los enrutadores más sofisticados, como los enrutadores empresariales, conectan las redes de grandes empresas o ISP a los poderosos enrutadores centrales que envían datos a alta velocidad a lo largo de las líneas de fibra óptica de la red troncal de Internet .

Operación

Cuando se utilizan varios enrutadores en redes interconectadas, los enrutadores pueden intercambiar información sobre las direcciones de destino mediante un protocolo de enrutamiento . Cada enrutador crea una tabla de enrutamiento , una lista de rutas, entre dos sistemas informáticos en las redes interconectadas.

El software que ejecuta el enrutador está compuesto por dos unidades de procesamiento funcional que operan simultáneamente, llamadas planos :

  • Plano de control : un enrutador mantiene una tabla de enrutamiento que enumera qué ruta debe usarse para reenviar un paquete de datos y a través de qué conexión de interfaz física. Lo hace usando directivas internas preconfiguradas, llamadas rutas estáticas , o aprendiendo rutas dinámicamente usando un protocolo de enrutamiento. Las rutas estáticas y dinámicas se almacenan en la tabla de enrutamiento. La lógica del plano de control luego quita las directivas no esenciales de la tabla y construye una base de información de reenvío (FIB) para ser utilizada por el plano de reenvío.
  • Plano de reenvío : esta unidad reenvía los paquetes de datos entre las conexiones de interfaz entrantes y salientes. Lee el encabezado de cada paquete a medida que ingresa, hace coincidir el destino con las entradas en la FIB suministradas por el plano de control y dirige el paquete a la red saliente especificada en la FIB.

Aplicaciones

Un enrutador DSL típico de una casa o una oficina pequeña que muestra la toma de teléfono (izquierda, blanca) para conectarlo a Internet mediante ADSL , y tomas Ethernet (derecha, amarilla) para conectarlo a computadoras e impresoras domésticas.

Un enrutador puede tener interfaces para diferentes tipos de conexiones de capa física , como cables de cobre, fibra óptica o transmisión inalámbrica . También puede admitir diferentes estándares de transmisión de la capa de red . Cada interfaz de red se utiliza para permitir que los paquetes de datos se reenvíen de un sistema de transmisión a otro. Los enrutadores también se pueden utilizar para conectar dos o más grupos lógicos de dispositivos informáticos conocidos como subredes , cada uno con un prefijo de red diferente .

Los enrutadores pueden proporcionar conectividad dentro de las empresas, entre las empresas e Internet, o entre las redes de los proveedores de servicios de Internet (ISP). Los enrutadores más grandes (como Cisco CRS-1 o Juniper PTX) interconectan los distintos ISP o se pueden utilizar en grandes redes empresariales. Los enrutadores más pequeños generalmente brindan conectividad para redes domésticas y de oficina típicas.

Todos los tamaños de enrutadores se pueden encontrar dentro de las empresas. Los enrutadores más potentes se encuentran generalmente en ISP, instalaciones académicas y de investigación. Las grandes empresas también pueden necesitar enrutadores más potentes para hacer frente a las crecientes demandas del tráfico de datos de la intranet . Es de uso común un modelo de interconexión de redes jerárquicas para interconectar enrutadores en redes grandes.

Acceso, núcleo y distribución

Una captura de pantalla de la interfaz web de LuCI utilizada por OpenWrt . Esta página configura el DNS dinámico .

Los enrutadores de acceso, incluidos los modelos de oficina pequeña / oficina en el hogar (SOHO), se encuentran en el hogar y en los sitios de los clientes, como las sucursales, que no necesitan un enrutamiento jerárquico propio. Por lo general, están optimizados para un bajo costo. Algunos enrutadores SOHO son capaces de ejecutar firmware alternativo gratuito basado en Linux como Tomato , OpenWrt o DD-WRT .

Los enrutadores de distribución agregan tráfico de múltiples enrutadores de acceso. Los enrutadores de distribución a menudo son responsables de hacer cumplir la calidad del servicio en una red de área amplia (WAN), por lo que pueden tener una cantidad considerable de memoria instalada, múltiples conexiones de interfaz WAN y importantes rutinas de procesamiento de datos a bordo. También pueden proporcionar conectividad a grupos de servidores de archivos u otras redes externas.

En las empresas, un enrutador central puede proporcionar una red troncal colapsada que interconecta los enrutadores del nivel de distribución desde varios edificios de un campus o ubicaciones de grandes empresas. Suelen estar optimizados para un gran ancho de banda, pero carecen de algunas de las características de los enrutadores de borde.

Seguridad

Las redes externas deben considerarse cuidadosamente como parte de la estrategia de seguridad general de la red local. Un enrutador puede incluir un firewall , manejo de VPN y otras funciones de seguridad, o estos pueden ser manejados por dispositivos separados. Los enrutadores también suelen realizar la traducción de direcciones de red, lo que restringe las conexiones iniciadas desde conexiones externas, pero no todos los expertos lo reconocen como una característica de seguridad. Algunos expertos argumentan que los enrutadores de código abierto son más seguros y confiables que los enrutadores de código cerrado porque los enrutadores de código abierto permiten encontrar y corregir errores rápidamente.

Enrutamiento de diferentes redes

Los enrutadores también se distinguen a menudo en función de la red en la que operan. Un enrutador en una red de área local (LAN) de una sola organización se denomina enrutador interior . Un enrutador que se opera en la red troncal de Internet se describe como enrutador exterior . Mientras que un enrutador que conecta una LAN con Internet o una red de área amplia (WAN) se denomina enrutador de borde o enrutador de puerta de enlace .

Conectividad a Internet y uso interno

Los enrutadores diseñados para ISP y la conectividad empresarial principal generalmente intercambian información de enrutamiento mediante el Protocolo de puerta de enlace fronteriza (BGP). RFC  4098 define los tipos de enrutadores BGP según sus funciones:

  • Enrutador de borde (también llamado enrutador de borde de proveedor ): ubicado en el borde de una red ISP. El enrutador utiliza el Protocolo de puerta de enlace de borde exterior (EBGP) para enrutadores en otros ISP o sistemas autónomos de grandes empresas .
  • Enrutador de borde del suscriptor (también llamado enrutador de borde del cliente ): ubicado en el borde de la red del suscriptor, también usa EBGP para el sistema autónomo de su proveedor. Normalmente se utiliza en una organización (empresarial).
  • Enrutador fronterizo entre proveedores : un enrutador BGP para interconectar ISP que mantiene sesiones BGP con otros enrutadores BGP en sistemas autónomos ISP.
  • Enrutador central : reside dentro de un sistema autónomo como columna vertebral para transportar tráfico entre enrutadores de borde.
  • Dentro de un ISP: en el sistema autónomo del ISP, un enrutador utiliza BGP interno para comunicarse con otros enrutadores de borde de ISP, otros enrutadores de núcleo de intranet o los enrutadores de borde de proveedor de intranet del ISP.
  • Red troncal de Internet: Internet ya no tiene una columna vertebral claramente identificable, a diferencia de sus redes predecesoras. Ver zona libre predeterminada (DFZ). Los enrutadores del sistema de los principales ISP constituyen lo que podría considerarse el núcleo actual de la red troncal de Internet. Los ISP operan los cuatro tipos de enrutadores BGP descritos aquí. Se utiliza un enrutador de núcleo ISP para interconectar sus enrutadores de borde y borde. Los enrutadores centrales también pueden tener funciones especializadas en redes privadas virtuales basadas en una combinación de protocolos de conmutación de etiquetas multiprotocolo y BGP .
  • Reenvío de puertos: los enrutadores también se utilizan para el reenvío de puertos entre servidores privados conectados a Internet.
  • Enrutadores de procesamiento de voz, datos, fax y video: comúnmente denominados servidores de acceso o puertas de enlace , estos dispositivos se utilizan para enrutar y procesar el tráfico de voz, datos, video y fax en Internet. Desde 2005, la mayoría de las llamadas telefónicas de larga distancia se han procesado como tráfico IP ( VOIP ) a través de una puerta de enlace de voz. El uso de enrutadores de tipo servidor de acceso se expandió con la llegada de Internet, primero con el acceso telefónico y otro resurgimiento con el servicio telefónico de voz.
  • Las redes más grandes suelen utilizar conmutadores multicapa , con dispositivos de capa 3 que se utilizan para interconectar varias subredes dentro de la misma zona de seguridad, y conmutadores de capa superior cuando se requieren funciones de filtrado , traducción , equilibrio de carga u otras funciones de nivel superior, especialmente entre zonas.

Historia

El primer enrutador ARPANET, el procesador de mensajes de interfaz se entregó a UCLA el 30 de agosto de 1969 y se puso en línea el 29 de octubre de 1969

El concepto de una computadora de interfaz fue propuesto por primera vez por Donald Davies para la red NPL en 1966. Wesley Clark concibió la misma idea el año siguiente para su uso en ARPANET . Procesadores de mensajes de interfaz con nombre (IMP), estas computadoras tenían fundamentalmente la misma funcionalidad que un enrutador en la actualidad. La idea de un enrutador (llamado gateways en ese momento) surgió inicialmente a través de un grupo internacional de investigadores de redes informáticas llamado International Networking Working Group (INWG). Establecido en 1972 como un grupo informal para considerar los problemas técnicos involucrados en la conexión de diferentes redes, se convirtió en un subcomité de la Federación Internacional para el Procesamiento de la Información más tarde ese año. Estos dispositivos de puerta de enlace eran diferentes de la mayoría de los esquemas de conmutación de paquetes anteriores en dos formas. Primero, conectaron diferentes tipos de redes, como líneas seriales y redes de área local . En segundo lugar, eran dispositivos sin conexión , que no tenían ningún papel a la hora de garantizar que el tráfico se distribuyera de forma fiable, dejándolo enteramente en manos de los hosts . Esta idea en particular, el principio de extremo a extremo , había sido pionera en la red CYCLADES .

La idea se exploró con más detalle, con la intención de producir un sistema prototipo como parte de dos programas contemporáneos. Uno fue el programa inicial iniciado por DARPA , que creó la arquitectura TCP / IP en uso en la actualidad. El otro fue un programa en Xerox PARC para explorar nuevas tecnologías de redes, que produjo el sistema PARC Universal Packet ; debido a preocupaciones de propiedad intelectual corporativa, recibió poca atención fuera de Xerox durante años. Algún tiempo después de principios de 1974, empezaron a funcionar los primeros enrutadores Xerox. El primer enrutador IP verdadero fue desarrollado por Ginny Strazisar en BBN , como parte de ese esfuerzo iniciado por DARPA, durante 1975-1976. A fines de 1976, tres enrutadores basados ​​en PDP-11 estaban en servicio en el prototipo experimental de Internet.

Los primeros enrutadores multiprotocolo fueron creados de forma independiente por investigadores del MIT y Stanford en 1981; el enrutador de Stanford fue realizado por William Yeager y el del MIT por Noel Chiappa ; ambos también se basaron en PDP-11. Prácticamente todas las redes ahora usan TCP / IP, pero todavía se fabrican enrutadores multiprotocolo. Fueron importantes en las primeras etapas del crecimiento de las redes informáticas cuando se utilizaban protocolos distintos de TCP / IP. Los enrutadores de Internet modernos que manejan tanto IPv4 como IPv6 son multiprotocolo, pero son dispositivos más simples que los enrutadores que procesan los protocolos AppleTalk, DECnet, IP y Xerox.

Desde mediados de la década de 1970 y en la de 1980, las minicomputadoras de uso general sirvieron como enrutadores. Los enrutadores modernos de alta velocidad son procesadores de red o computadoras altamente especializadas con aceleración de hardware adicional agregada para acelerar las funciones de enrutamiento comunes, como el reenvío de paquetes, y funciones especializadas como el cifrado IPsec . Existe un uso sustancial de máquinas basadas en software Linux y Unix , que ejecutan código de enrutamiento de fuente abierta , para investigación y otras aplicaciones. El sistema operativo Cisco IOS se diseñó de forma independiente. Los principales sistemas operativos de enrutadores, como Junos y NX-OS , son versiones muy modificadas del software Unix.

Reenvío

El propósito principal de un enrutador es conectar múltiples redes y reenviar paquetes destinados a redes conectadas directamente o redes más remotas. Un enrutador se considera un dispositivo de capa 3 porque su decisión de reenvío principal se basa en la información del paquete IP de capa 3, específicamente la dirección IP de destino. Cuando un enrutador recibe un paquete, busca en su tabla de enrutamiento para encontrar la mejor coincidencia entre la dirección IP de destino del paquete y una de las direcciones en la tabla de enrutamiento. Una vez que se encuentra una coincidencia, el paquete se encapsula en la trama de enlace de datos de capa 2 para la interfaz de salida indicada en la entrada de la tabla. Por lo general, un enrutador no analiza la carga útil del paquete, sino solo las direcciones de capa 3 para tomar una decisión de reenvío, además de, opcionalmente, otra información en el encabezado para obtener sugerencias sobre, por ejemplo, calidad de servicio (QoS). Para el reenvío de IP puro, un enrutador está diseñado para minimizar la información de estado asociada con paquetes individuales. Una vez que se reenvía un paquete, el enrutador no retiene ninguna información histórica sobre el paquete.

La tabla de enrutamiento en sí puede contener información derivada de una variedad de fuentes, como rutas predeterminadas o estáticas que se configuran manualmente, o entradas dinámicas de protocolos de enrutamiento donde el enrutador aprende rutas de otros enrutadores. Una ruta predeterminada es aquella que se utiliza para enrutar todo el tráfico cuyo destino no aparece de otra manera en la tabla de enrutamiento; esto es común, incluso necesario, en redes pequeñas, como una casa o una pequeña empresa, donde la ruta predeterminada simplemente envía todo el tráfico no local al proveedor de servicios de Internet . La ruta predeterminada se puede configurar manualmente (como una ruta estática), aprender mediante protocolos de enrutamiento dinámico o ser obtenida por DHCP .

Un enrutador puede ejecutar más de un protocolo de enrutamiento a la vez, particularmente si sirve como un enrutador de borde de sistema autónomo entre partes de una red que ejecutan diferentes protocolos de enrutamiento; si lo hace, entonces se puede usar la redistribución (generalmente de manera selectiva) para compartir información entre los diferentes protocolos que se ejecutan en el mismo enrutador.

Además de tomar una decisión sobre a qué interfaz se reenvía un paquete, que se maneja principalmente a través de la tabla de enrutamiento, un enrutador también tiene que administrar la congestión cuando los paquetes llegan a una velocidad superior a la que el enrutador puede procesar. Tres políticas comúnmente utilizadas en Internet son la caída de cola , la detección temprana aleatoria (RED) y la detección temprana aleatoria ponderada (WRED). Tail drop es el más simple y más fácil de implementar; el enrutador simplemente descarta nuevos paquetes entrantes una vez que se agota el espacio del búfer en el enrutador. RED descarta los datagramas de forma probabilística anticipadamente cuando la cola excede una porción preconfigurada del búfer, hasta un máximo predeterminado, cuando descarta todos los paquetes entrantes volviendo a la caída de la cola. WRED se puede configurar para descartar paquetes más fácilmente dependiendo del tipo de tráfico.

Otra función que realiza un enrutador es la clasificación del tráfico y la decisión de qué paquete debe procesarse primero. Esto se gestiona a través de QoS , que es fundamental cuando se implementa Voice over IP , para no introducir una latencia excesiva .

Otra función que realiza un enrutador se llama enrutamiento basado en políticas, donde se construyen reglas especiales para anular las reglas derivadas de la tabla de enrutamiento cuando se toma una decisión de reenvío de paquetes.

Algunas de las funciones se pueden realizar a través de un circuito integrado específico de la aplicación (ASIC) para evitar la sobrecarga de programar el tiempo de la CPU para procesar los paquetes. Es posible que otros deban realizarse a través de la CPU, ya que estos paquetes necesitan una atención especial que no puede ser manejada por un ASIC.

Ver también

Notas

Referencias

enlaces externos