Capítulo 10 – Protocolos de Enrutamiento de Estado de Enlace

(Link-State)

Capítulo 10 – Protocolos de Enrutamiento de Estado de Enlace

(Link-State)

INTRODUCCIÓN-A los protocolos de enrutamiento de link-state también se les conoce como protocolos de shortest path first y se desarrollan en torno del algoritmo shortest path first (SPF) de Edsger Dijkstra.-Los protocolos de enrutamiento de link-state IP existentes son:

-Open Shortest Path First (OSPF)-Intermediate-System-to-Intermediate-System (IS-IS)

-Los protocolos de enrutamiento de link-state son conocidos por presentar una complejidad bastante mayor que los protocolos Vector-Distancia.-Sin embargo, la funcionalidad y configuración básicas de los protocolos de enrutamiento de link-state no son complejas en absoluto.

-Al algoritmo de Dijkstra se le conoce como SPF (primero la ruta más corta).

-Aunque se le conozca con este nombre, el mismo no le hace especial con respecto a los demás protocolos, ya que la meta de todos los protocolos de enrutamiento es alcanzar al destino siguiendo la ruta más corta, en base a qué considere cada uno para tomar dicha elección.

-Este algoritmo acumula costos a lo largo de cada ruta, desde el origen hasta el destino, como vemos en la figura.

EJEMPLO DE MÉTRICAS DE COSTO

R1

R2

R3

R4

R5

PROCESO DE ENRUTAMIENTO ESTADO DE ENLACE-Todos los routers de la topología anterior completarán el siguiente proceso de enrutamiento de link-state para alcanzar un estado de convergencia:-1. Cada router obtiene información sobre sus propios enlaces, sus propias redes conectadas directamente. Esto se realiza al detectar que una interfaz se encuentra en el estado activado.-2. Cada router es responsable de reunirse con sus vecinos en redes conectadas directamente. En forma similar a EIGRP, los routers de link-state lo realizan intercambiando paquetes de saludo con otros routers de link-state en redes conectadas directamente.-3. Cada router crea un Paquete de link-state (LSP) que incluye el estado de cada enlace directamente conectado. Esto se realiza registrando toda la información pertinente acerca de cada vecino, que incluye el ID de vecino, el tipo de enlace y el ancho de banda.-4. Cada router satura el LSP a todos los vecinos, que luego almacenan todos los LSP recibidos en una base de datos. Los vecinos saturan los LSP a sus vecinos hasta que todos los routers del área hayan recibido los LSP .Cada router almacena una copia de cada LSP recibido por parte de sus vecinos en una base de datos local.-5. Cada router utiliza la base de datos para construir un mapa completo de la topología y calcula el mejor camino hacia cada red de destino. El algoritmo SPF se utiliza para construir el mapa de la topología y determinar el mejor camino hacia cada red.

TOPOLOGÍA DEL MÓDULO

1) APRENDO MIS PROPIOS ENLACES

-Cómo vimos en el punto anterior, el primer paso declaraba que: “Cada router aprende sobre sus propios enlaces, sus propias redes conectadas directamente”.-Cuando configura y activa correctamente las interfaces, el router obtiene información sobre sus propias redes conectadas directamente. -Independientemente de los protocolos de enrutamiento utilizados, dichas redes conectadas directamente ahora forman parte de la tabla de enrutamiento.-En la figura se muestra este hecho desde la perspectiva link-state del router R1.

-El enlace debe encontrarse en estado up antes de que el protocolo de enrutamiento de link-state pueda aprender acerca de un enlace.

-La información acerca del estado de los enlaces puede incluir: La dirección IP de la interfaz y la máscara de subred / El tipo de red, como Ethernet (broadcast) o enlace serial punto a punto / El costo de dicho enlace.

2) ME REUNO CON MIS VECINOS CONECTADOS DIRECTAMENTE-El segundo paso del proceso se encargaba de: “Cada router es responsable de reunirse con sus vecinos en redes conectadas directamente”.-Los routers con protocolos de enrutamiento de link-state utilizan un protocolo de saludo para descubrir cualquier vecino en sus enlaces. Un vecino es cualquier otro router habilitado con el mismo protocolo de enrutamiento de link-state, que cumple una serie de requisitos (según el protocolo, aquí estamos viendo link-state de forma genérica).-R1 envía paquetes de saludo a sus enlaces (interfaces) para detectar la presencia de vecinos.-R2, R3 y R4 responden al paquete de saludo con sus propios paquetes de saludo debido a que dichos routers están configurados con el mismo protocolo de enrutamiento de link-state.-En forma similar a los paquetes de saludo de EIGRP, cuando dos routers de link-state se identifican como vecinos, forman una adyacencia. Por la interfaz Fa 0/0, al no recibir respuesta de un vecino, detendrá el proceso link-state de ese lado, es decir, dejará de enviar hello (y aún menos actualizaciones, por lo que no es necesario el passive interface).-Estos pequeños paquetes de saludo continúan intercambiándose de forma regular entre vecinos para supervisar el estado del vecino.-Si un router deja de recibir paquetes de saludo por parte de un vecino, dicho vecino se considera inalcanzable y se rompe la adyacencia.

SALUDO 1SALUDO 2

3) CREO PAQUETES DE ESTADO DE ENLACE (LSP)

-El tercer paso del proceso dice que: “Cada router crea un Paquete de link-state (LSP) que incluye el estado de cada enlace directamente conectado”.-Una vez que un router establece sus adyacencias, puede crear sus propios paquetes de link-state (LSP), los cuales incluyen la información de link-state de sus enlaces. -Una ejemplo de una versión simplificada de los LSP de R1 es:

-1. R1; Red Ethernet; 10.1.0.0/16; Costo 2

-2. R1 -> R2; Red serial punto a punto; 10.2.0.0/16; Costo 20

-3. R1 -> R3; Red serial punto a punto; 10.3.0.0/16; Costo 5

-4. R1 -> R4; Red serial punto a punto; 10.4.0.0/16; Costo 20

4) SATURACIÓN DE LOS LSP-El cuarto paso del enrutamiento link-state declara que: “Cada router satura el/los LSP a todos los vecinos, que luego almacenan todos los LSP recibidos en una base de datos”.-Siempre que un router recibe un LSP de un router vecino, envía de inmediato dicho LSP a todas las demás interfaces, excepto la interfaz que recibió el LSP. La inundación de los LSP se produce prácticamente de inmediato una vez recibidos, sin ningún cálculo intermedio.-Los LSP no necesitan enviarse periódicamente.-Un LSP sólo necesita enviarse: Durante la puesta en marcha inicial del router o del proceso del protocolo de enrutamiento en dicho router /Cuando hay un cambio en la topología, incluido un enlace que se desactiva o activa, o una adyacencia de vecinos que se establece o se rompe.-“A diferencia de los protocolos de enrutamiento vector distancia que primero deben ejecutar el algoritmo Bellman-Ford para procesar las actualizaciones de enrutamiento antes de enviarlas a los demás routers, los protocolos de enrutamiento de link-state calculan el algoritmo SPF después de completar la saturación, esto acelera la convergencia”.- Además de la información de link-state, se

incluye información adicional en el LSP, como los números de secuencia y la información de antigüedad, para ayudar a administrar el proceso de saturación.

- La forma en que se utilizan los números de secuencia y la información de antigüedad se encuentra más allá del alcance de este currículo.

- Cada router utiliza esta información para determinar si ya recibió el LSP de otro router o si el LSP tiene información más nueva que la contenida en la base de datos de link-state. Este proceso permite que un router conserve sólo la información más actual en su base de datos de link-state.

5) CONSTRUCCIÓN DE UNA BASE DE DATOS ESTADO DE ENLACE-El paso final en el proceso de enrutamiento de link-state consiste en lo siguiente: “Cada router utiliza la base de datos para construir un mapa completo de la topología y a través del algoritmo SPF calcula el mejor camino hacia cada red de destino”.-Con una base de datos de link-state completa, R1 ahora puede utilizar la base de datos y el algoritmo shortest path first (SPF) para calcular la ruta preferida o la ruta más corta para cada red.-Después de que cada router haya propagado sus propios LSP con el proceso de saturación de link-state, cada router tendrá luego un LSP proveniente de cada router de link-state en su área de enrutamiento.

-Cada router en el área de enrutamiento puede ahora usar el algoritmo SPF para construir los árboles SPF que descubran las mejores formas de llegar a cada destino de la internetwork.

-En la figura, tenemos la BD de estado de enlace de R1, podemos ir a la diapositiva 5 para ver en que se basan los resultados.

ÁRBOL SHORTEST PATH FIRST (SPF)-Con la información de la que dispone, R1 puede ahora comenzar a construir un árbol SPF ubicándose él mismo en la raíz de éste.-El algoritmo SPF comienza colocando cada LSP recibida en su lugar correspondiente (como ejemplo, si R5 dice que se conecta a R2 usando un enlace punto a punto con un costo de 10, y R2 le da la misma información, SPF sabe que estos dos dispositivos se conectan de forma conjunta).-Tras procesar todas las LSP por parte de SPF, R1 obtendrá un árbol SPF completo.

-La figura muestra el árbol SPF para R1. Al utilizar este árbol, los resultados del algoritmo SPF indican la ruta más corta hacia cada red.

-OJO”Cada router construye su propio árbol SPF independientemente de los otros routers”.

-Para garantizar el enrutamiento adecuado, las bases de datos de link-state (no las tablas de enrutamiento) utilizadas para construir dichos árboles deben ser idénticas en todos los routers del dominio de enrutamiento

VENTAJAS DE UN PROTOCOLO DE ENRUTAMIENTO LINK-STATE

-Crean un mapa topológico: Los protocolos de enrutamiento de link-state crean un mapa topológico o árbol SPF de la topología de red. Los protocolos de enrutamiento vector distancia no tienen un mapa topológico de la red.-Al utilizar el árbol SPF, cada router puede determinar en forma independiente la ruta más corta a cada red.-Convergencia rápida: Al recibir un Paquete de link-state (LSP), los protocolos de enrutamiento de link-state saturan de inmediato con el LSP todas las interfaces excepto la interfaz desde la que se recibió el LSP. Un router que utiliza un protocolo de enrutamiento vector distancia necesita procesar cada actualización de enrutamiento y actualizar su tabla de enrutamiento antes de saturarlas a otras interfaces, incluso con triggered updates. Se obtiene una convergencia más rápida para los protocolos de enrutamiento de link-state. EIGRP es una excepción.-Actualizaciones desencadenadas por eventos: Después de la saturación inicial de los LSP, los protocolos de enrutamiento de estado de enlace sólo envían un LSP cuando hay un cambio en la topología. El LSP sólo incluye la información relacionada con el enlace afectado. A diferencia de algunos protocolos de enrutamiento Vector-Distancia, los protocolos de enrutamiento de estado de enlace no envían actualizaciones periódicas.-Diseño jerárquico: Los protocolos de enrutamiento de estado de enlace, como OSPF e IS-IS utilizan el concepto de áreas. Las áreas múltiples crean un diseño jerárquico para redes y permiten una mejor agregación de ruta (resumen) y el aislamiento de los problemas de enrutamiento dentro del área.

REQUISITOS DE UN PROTOCOLO LINK-STATE

-Los protocolos de enrutamiento de estado de enlace modernos están diseñados para minimizar los efectos en la memoria, el CPU y el ancho de banda. Para ello utilizan el concepto de áreas múltiples para reducir el tamaño de las bases de datos de estado de enlace.-Cuando hay un cambio en la topología, sólo aquellos routers del área afectada reciben el LSP y ejecutan el algoritmo SPF.-Esto puede ayudar a aislar un enlace inestable en un área específica en el dominio de enrutamiento. -Los routers de otras áreas notarán que esta ruta está desactivada, pero esto se realizará con un tipo de paquete de estado de enlace que no los obliga a volver a ejecutar sus algoritmos SPF.

-En la figura tenemos un ejemplo de este caso en una red de áreas múltiples.

REQUISITOS DE UN PROTOCOLO LINK-STATE

-Requisitos de memoria:-Los requerimientos de memoria responden a la utilización de bases de datos de estado de enlace y la creación del árbol SPF. En comparación con los protocolos Vector-Distancia tiene mayores requerimientos.

-Requerimientos de procesamiento:-Los protocolos de estado de enlace también pueden requerir un mayor procesamiento de CPU que los protocolos de enrutamiento por vector de distancia. El algoritmo SPF requiere un mayor tiempo de CPU que los algoritmos de vector de distancia, como Bellman-Ford, ya que los protocolos de estado de enlace crean un mapa completo de la topología.

-Requerimientos de ancho de banda:-La saturación de paquetes de estado de enlace puede ejercer un impacto negativo en el ancho de banda disponible en una red. Si bien esto sólo debería ocurrir durante la puesta en marcha inicial de los routers, también podría ser un problema en redes inestables.

PROTOCOLOS DE ENRUTAMIENTO ESTADO DE ENLACE

-OSPF-OSPF fue diseñado por el IETF (Grupo de trabajo de ingeniería de Internet), que aún hoy existe. El desarrollo de OSPF comenzó en 1987 y actualmente hay 2 versiones en uso:

-OSPFv2: OSPF para redes IPv4 (RFC 1247 y RFC 2328)-OSPFv3: OSPF para redes IPv6 (RFC 2740)

-IS-IS-IS-IS fue diseñado por ISO y se describe en ISO 10589. DEC (Digital Equipment Corporation) desarrolló la primera representación de este protocolo de enrutamiento que se conoce como DECnet de fase V.-IS-IS se diseñó originalmente para el suite de protocolo de OSI y no para el suite de protocolo de TCP/IP.-Más adelante, IS-IS integrado, incluyó la compatibilidad con redes IP. Si bien se conoció a IS-IS como el protocolo de enrutamiento más utilizado por proveedores e ISP, se están comenzando a utilizar más redes IS-IS corporativas.-OSPF e IS-IS presentan varias similitudes y diferencias. Existen diversas posturas a favor de OSPF y a favor de IS-IS.-Ambos protocolos de enrutamiento brindan la funcionalidad de enrutamiento necesaria.