Fundamentos y Comparativa de Protocolos de Enrutamiento IP: RIP, OSPF, EIGRP y BGP

Protocolo de Enrutamiento de Información (RIP)

RIP son las siglas de Routing Information Protocol (Protocolo de Enrutamiento de Información). Es un protocolo de puerta de enlace interna o IGP (Internal Gateway Protocol) utilizado por los enrutadores (routers), aunque también puede actuar en equipos, para intercambiar información acerca de redes IP.

Versiones de RIP

En la actualidad existen tres versiones diferentes de RIP:

RIPv1: No soporta subredes ni direccionamiento CIDR. Tampoco incluye ningún mecanismo de autentificación de los mensajes. No se usa actualmente. Su especificación está recogida en el RFC 1058. Es un protocolo de enrutamiento con clase.
RIPv2: Soporta subredes, CIDR y VLSM. Soporta autenticación utilizando uno de los siguientes mecanismos: no autentificación, autentificación mediante contraseña, o autentificación mediante contraseña codificada con MD5 (desarrollado por Ronald Rivest). Su especificación está recogida en RFC 1723 y en RFC 2453.
RIPng: Es la versión de RIP para IPv6. Su especificación está recogida en el RFC 2080.

Ventajas e Inconvenientes de RIP

Ventajas de RIP

RIP es más fácil de configurar (comparativamente a otros protocolos). Es un protocolo abierto (admite versiones derivadas, aunque no necesariamente compatibles). Es soportado por la mayoría de los fabricantes.

Desventajas de RIP

Su principal desventaja consiste en que, para determinar la mejor métrica, únicamente toma en cuenta el número de saltos, descartando otros criterios (Ancho de Banda, congestión, carga, retardo, fiabilidad, etc.). RIP tampoco está diseñado para resolver cualquier posible problema de encaminamiento.

Modo de Operación de RIP

El valor de Distancia Administrativa (AD) de RIP es de 120, por ello tiene menor prioridad sobre los demás protocolos de enrutamiento.

Cuando RIP se inicia, envía un mensaje a cada uno de sus vecinos (en el puerto bien conocido 520) pidiendo una copia de la tabla de encaminamiento del vecino. Este mensaje es una solicitud con «address family» a 0 y «metric» a 16.

Los enrutadores vecinos devuelven una copia de sus tablas de encaminamiento.

Cuando RIP está en modo activo, envía toda o parte de su tabla de encaminamiento a todos los vecinos por broadcast y/o con enlaces punto a punto.

Cuando RIP descubre que una métrica ha cambiado, la difunde por broadcast a los demás enrutadores.
Cuando RIP recibe una respuesta, el mensaje se valida y la tabla local se actualiza si es necesario.
Cuando RIP recibe una petición, distinta de la solicitud de su tabla, se devuelve como respuesta la métrica para cada entrada de dicha petición fijada al valor de la tabla local de encaminamiento. Si no existe ruta en la tabla local, se pone a 16.
Las rutas que RIP aprende de otros enrutadores expiran a menos que se vuelvan a difundir en 180 segundos (6 ciclos de broadcast). Cuando una ruta expira, su métrica se pone a infinito, la invalidación de la ruta se difunde a los vecinos, y 60 segundos más tarde, se borra de la tabla.

Mensajes RIP

Tipos de mensajes RIP

Los mensajes RIP pueden ser de dos tipos:

Petición: Enviados por algún enrutador recientemente iniciado que solicita información de los enrutadores vecinos.
Respuesta: Mensajes con la actualización de las tablas de enrutamiento.

Enrutamiento EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol)

EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol, Protocolo de enrutamiento de gateway interior mejorado) es un protocolo de encaminamiento híbrido, propiedad de Cisco Systems, que ofrece lo mejor de los algoritmos de vector de distancias y del estado de enlace.

Tablas de EIGRP

EIGRP mantiene las siguientes tres tablas:

Tabla de vecinos
Tabla de topología
Tabla de encaminamiento

Además, utiliza los siguientes conceptos para la selección de rutas:

Distancia Factible (FD)
Origen de la ruta
Distancia Informada (RD)
Información de interfaz
Estado de ruta

Protocolos Clave de EIGRP

Protocolo de Transporte Confiable (RTP): Es un protocolo de capa de transporte que garantiza la entrega ordenada de paquetes EIGRP a todos los vecinos. Cuando un enrutador detecta que un vecino no está disponible, intenta encontrar rutas alternativas para todas aquellas que en la tabla de encaminamiento están dirigidas a ese vecino.
DUAL (Diffusing Update ALgorithm): Es el proceso de búsqueda de rutas alternativas de EIGRP. El enrutador que ha detectado la caída marca la ruta como parte del proceso de recálculo (la marca como activa, en oposición al proceso pasivo de recibir las tablas de encaminamiento de los vecinos, que es el proceso estándar). A continuación, pregunta a todos sus vecinos (menos al que está caído) por una ruta alternativa para llegar a ese destino.

Una de las mejores características de EIGRP es su diseño modular. Se ha demostrado que los diseños modulares o en capas son los más escalables y adaptables. EIGRP logra la compatibilidad con los protocolos enrutados, como IP, IPX y AppleTalk, mediante los Módulos Dependientes del Protocolo (PDM). En teoría, EIGRP puede agregar PDM para adaptarse fácilmente a los protocolos enrutados nuevos o revisados como IPv6.

Cada PDM es responsable de todas las funciones relacionadas con su protocolo encaminado específico. El módulo IP-EIGRP es responsable de las siguientes funciones:

Enviar y recibir paquetes EIGRP que contengan datos IP.
Avisar a DUAL una vez que se recibe la nueva información de encaminamiento IP.
Mantener los resultados de las decisiones de encaminamiento DUAL en la tabla de encaminamiento IP.
Redistribuir la información de encaminamiento que se aprendió de otros protocolos de encaminamiento capacitados para IP.

Enrutamiento OSPF (Open Shortest Path First)

OSPF es probablemente el tipo de protocolo IGP más utilizado en grandes redes.

Como sucesor natural de RIP, acepta VLSM desde su inicio.

Una red OSPF se puede descomponer en regiones (áreas) más pequeñas. Hay un área especial llamada área backbone que forma la parte central de la red y donde otras áreas están conectadas a ella. Las rutas entre diferentes áreas circulan siempre por el backbone, por lo tanto, todas las áreas deben conectar con el backbone. Si no es posible hacer una conexión directa con el backbone, se puede hacer un enlace virtual entre redes.

Los enrutadores (o routers) en el mismo dominio de multidifusión o en el extremo de un enlace punto a punto forman enlaces cuando se descubren los unos a los otros.

Tráfico de Enrutamiento OSPF

OSPF mantiene actualizada la capacidad de enrutamiento entre los nodos de una red mediante la difusión de la topología de la red y la información de estado-enlace de sus distintos nodos. Esta difusión se realiza a través de varios tipos de paquetes:

Paquetes Hello
Paquetes de descripción de base de datos estado-enlace
Paquetes de estado-enlace

Organización de Routers y Áreas en OSPF

OSPF organiza un sistema autónomo (AS) en áreas. Estas áreas son grupos lógicos de enrutadores cuya información se puede resumir para el resto de la red.

Tipos de Router en OSPF

OSPF utiliza enrutadores especiales que mantienen una información topológica más completa que la del área en la que se sitúan. Así, pueden distinguirse:

Enrutadores fronterizos de área (Area Border Routers – ABR)
Enrutadores fronterizos del AS (Autonomous System Boundary Routers – ASBR)

Tipos de Áreas OSPF

OSPF distingue los siguientes tipos de área:

Área Backbone (Área 0): Es la única área que debe estar presente en cualquier red OSPF.
Área Stub: Es aquella que no recibe rutas externas.
Área Not-So-Stubby (NSSA): Constituyen un tipo de área stub que puede importar rutas externas de sistemas autónomos y enviarlas al backbone.

Interfaces Soportadas en OSPF

OSPF soporta los siguientes tipos de enlace, y provee para cada uno de ellos una configuración de interfaz:

Punto a punto
Punto a multipunto
Broadcast
Enlace virtual
Enlace de múltiple acceso no-broadcast (NBMA)

Estados de Adyacencia OSPF

Los estados que atraviesa un enrutador OSPF para establecer adyacencia son:

Desactivado (DOWN)
Inicialización (INIT)
Bidireccional (TWO-WAY)
Inicio de Intercambio (EXSTART)
Intercambio (EXCHANGE)
Cargando (LOADING)
Adyacencia completa (FULL)

Enrutamiento IGRP (Interior Gateway Routing Protocol)

IGRP (Interior Gateway Routing Protocol, o Protocolo de enrutamiento de gateway interior) es un protocolo propietario patentado y desarrollado por Cisco que se emplea con el protocolo TCP/IP según el modelo Internet (OSI).

Enrutamiento EGP (Exterior Gateway Protocol)

El Exterior Gateway Protocol (EGP) es un protocolo estándar usado para intercambiar información de enrutamiento entre sistemas autónomos.

Características de EGP

Soporta un protocolo NAP (Neighbor Acquisition Protocol): Dos pasarelas se pueden considerar vecinas si están conectadas por una red que es transparente para ambas.
Soporta un protocolo NR (Neighbor Reachability): La pasarela lo usa para mantener información en tiempo real sobre la accesibilidad de sus vecinos.
Soporta mensajes de actualización (o mensajes NR) que llevan información de encaminamiento.

Tipos de Mensajes EGP

Para realizar estas tres funciones básicas, EGP define 10 tipos de mensajes:

Acquisition Request: Solicita que una pasarela se convierta en vecina.
Acquisition Confirm: Respuesta afirmativa a un «acquisition request».
Acquisition Refuse: Respuesta negativa a un «acquisition request».
Cease Request: Solicitud de terminación de la relación de vecindad.
Cease Confirm: Confirmación para que cesen las peticiones.
Hello: Solicitud de respuesta de un vecino, para verificar si está activo.
I Hear You: Respuesta al mensaje Hello.
Poll Request: Solicitud de la tabla de encaminamiento de la red.
Routing Update: Información de accesibilidad de la red.
Error: Respuesta a un mensaje incorrecto.

Campos de Mensaje EGP

Los distintos campos son los siguientes:

Int GW: Número de pasarelas interiores que aparecen en el mensaje.
Ext GW: Número de pasarelas exteriores que aparecen en el mensaje.
IP Source Network: La dirección IP de red para la que se mide la accesibilidad.
GW1 IP addr: Dirección IP sin el número de red de la pasarela para la que se miden las distancias.
Dist.: Número de distancias en el bloque de la pasarela.
Dist.Da: Valor de la distancia.
Net Da: Número de redes a una distancia dada (Da).
Net1 at distance Da: Número IP de la red accesible por GW1 a una distancia Da de GW1.

Enrutamiento BGP (Border Gateway Protocol)

El BGP o Border Gateway Protocol es un protocolo mediante el cual se intercambia información de encaminamiento entre sistemas autónomos.

La forma de configurar y delimitar la información que contiene e intercambia el protocolo BGP es creando lo que se conoce como sistema autónomo.

Tipos de Enrutamiento BGP

BGP realiza tres tipos de enrutamiento:

Enrutamiento Interautónomo
Enrutamiento Intraautónomo
Enrutamiento de pasarela

Tipos de Mensajes BGP

Existen cuatro tipos de mensajes BGP:

OPEN: Se utiliza para el establecimiento de una sesión BGP una vez haya sido establecida la conexión TCP.
UPDATE: Es un mensaje de actualización, clave en las operaciones de BGP, ya que contiene los anuncios de nuevos prefijos.
KEEPALIVE: Una vez que la sesión BGP está activa, se envía periódicamente un mensaje KEEPALIVE para confirmar que el otro extremo sigue estando activo en la sesión BGP.
NOTIFICATION: Se envía al cerrar una sesión BGP, lo cual sucede cuando ocurre algún error que requiera el cierre de la misma.

Ingeniería de Tráfico BGP

La ingeniería de tráfico en BGP es el modo en que se gestiona la red a partir de los atributos con los que cuenta dicho protocolo para satisfacer determinadas características o imposiciones de un escenario BGP.

ORIGIN: Identifica el mecanismo por el cual se anunció el prefijo IP por primera vez.
AS-PATH: Este atributo almacena una secuencia de números de AS que identifican la ruta de ASs por los que ha pasado el anuncio.
NEXT-HOP: Identifica la dirección IP del enrutador correspondiente al siguiente salto hacia el destino.
MULTI-EXIT-DISCRIMINATOR (MED): Es un indicador diseñado para ser utilizado cuando desde un sistema autónomo existen múltiples enlaces hacia un mismo sistema autónomo.
LOCAL-PREF: Este atributo es útil en un escenario en el que un sistema autónomo tiene conectividad con múltiples sistemas autónomos, de manera que pueda haber múltiples rutas hacia un mismo destino.
COMMUNITY: Se puede gestionar la distribución de información de routing a un grupo de destinatarios llamados COMMUNITIES.

Selección de Rutas BGP

El proceso de selección de rutas BGP sigue un orden estricto de preferencia:

Si el siguiente NEXT-HOP no está disponible, se ignora la ruta.
Eliminar las rutas con menor LOCAL-PREF.
Eliminar las rutas con AS-PATH más largo.
Eliminar las rutas con ORIGIN más alto.
Eliminar las rutas con mayor MED.
Eliminar las rutas aprendidas por IBGP si las hay aprendidas por EBGP.
Eliminar las rutas con mayor coste hacia el NEXT-HOP.
Preferir la ruta que ha anunciado el enrutador con menor identificador BGP.
Preferir la ruta recibida desde la interfaz con menor dirección para el vecino.

Protocolos de Pasarela Interna (IGP)

Interior Gateway Protocol (IGP) hace referencia a los protocolos usados dentro de un sistema autónomo.

Los protocolos de pasarela internos se pueden dividir en dos categorías:

Protocolo de enrutamiento vector-distancia.
Protocolo de enrutamiento enlace-estado.

Clasificación de Protocolos IGP

Protocolos Vector-Distancia

Calculan las rutas utilizando el algoritmo de Bellman-Ford. En los protocolos de este tipo, ningún enrutador tiene información completa sobre la topología de la red. En lugar de ello, se comunica con los demás enrutadores, enviando y recibiendo información sobre las distancias entre ellos.

Protocolo de Información de Encaminamiento (RIP)
Protocolo de Enrutamiento de Pasarela Interior (IGRP)

Protocolos Enlace-Estado

En este caso, cada nodo posee información acerca de la totalidad de la topología de la red. De esta manera, cada uno puede calcular el siguiente salto a cada posible nodo destino de acuerdo a su conocimiento sobre cómo está compuesta la red.

Open Shortest Path First (OSPF)
Sistema Intermediario a Sistema Intermediario (IS-IS)

Protocolo IS-IS (Intermediate System to Intermediate System)

El protocolo IS-IS es un protocolo de estado de enlace, o SPF, por lo cual, básicamente maneja una especie de mapa que se fabrica a medida que converge la red.

Definiciones Generales de IS-IS

Área: Subdominio que mantiene información de routing detallada sobre su propia composición interna y que mantiene también información de routing que le permite alcanzar otro subdominio. Responde al subdominio de Nivel 1.
Vecino: Sistema adyacente alcanzable atravesando una única subred por una PDU.
Adyacencia: Porción de la información de routing local concerniente a la alcanzabilidad de un único End-System (ES) o Sistema Intermedio (IS) en un único circuito. Las adyacencias son usadas como entrada al proceso de decisión para crear los caminos a través del dominio. Una adyacencia separada es creada por cada vecino en un circuito y para cada nivel de encaminamiento en un circuito broadcast.
Circuito: Subconjunto de la base de información de encaminamiento pertinente para un único SNPA local.
Enlace: Camino de comunicación entre dos vecinos. Un enlace se considera activo cuando la comunicación es posible entre dos SNPAs.
IS Designado: Sistema intermedio en una LAN designado para llevar a cabo funciones adicionales. En particular, genera un estado de enlace de PDU en beneficio de la LAN, tratando dicha LAN como un pseudonodo.
Pseudonodo: Donde una subred broadcast tiene conectados n sistemas intermedios, la propia subred broadcast es considerada como un pseudonodo. El pseudonodo tiene enlaces a cada uno de los n sistemas intermedios y cada uno de los ISs tiene un único enlace al pseudonodo.
Subred Broadcast: Subred que soporta un número arbitrario de end-systems y de sistemas intermedios y, adicionalmente, es capaz de transmitir un único SNPDU a un subconjunto de estos sistemas en respuesta a una única petición de SN_UNITDATA.
Topología General de la Subred: Subred que soporta un número arbitrario de end-systems y de sistemas intermedios pero no soporta la capacidad de transmisión sin conexión multi-destino, a diferencia de una subred broadcast.
Subdominio de Encaminamiento/Routing: Conjunto de sistemas intermedios y end systems localizados dentro del mismo dominio de encaminamiento.
Subdominio de Nivel 2: Conjunto de todos los sistemas intermedios de Nivel 2 en un dominio de encaminamiento.
PDU: Protocol Data Unit (Unidad de datos del protocolo).
SNSDU: Subnetwork Service Data Unit (Unidad de datos del servicio de subred).
NSDU: Network Service Data Unit (Unidad de datos del servicio de red).
NPDU: Network Protocol Data Unit (Unidad de datos del protocolo de red).
SNPDU: Subnetwork Protocol Data Unit (Unidad de datos del protocolo de subred).

Tipos de Sistemas que Intervienen en el Protocolo IS-IS

Se definen dos tipos de enrutadores:

Un enrutador de Nivel 1 negocia el primer nivel de enrutamiento, encontrando el destino final dentro del área.
Un enrutador de Nivel 2 encuentra el área dentro de la que se encuentra el destino final.

Ambos tipos de enrutadores se combinan con los enrutadores de Nivel 1-2 que ejecutan ambos procesos de Nivel 1 y 2 y pueden ser considerados como un tercer tipo de enrutador.

Proceso de Encaminamiento IS-IS

Principios básicos:

Cuando un enrutador recibe tráfico que enrutar a un destino remoto, realiza una consulta a su tabla de enrutamiento.
El enrutador extrae del paquete la información relativa al System ID y SEL para revelar la información de área de la dirección de destino. Si la dirección de destino de área es la misma que la suya, enruta el paquete hacia el System ID usando su base de datos de Nivel 1.
Si el área de destino es diferente:
- Si es un enrutador de Nivel 1, envía el paquete al enrutador de Nivel 2 más cercano.
- Si se trata de un enrutador de Nivel 2, busca la ruta en la base de datos de envío.
- Resuelve la dirección al emparejamiento más largo (tendrá las rutas externas sumarizadas).

Descomposición en fases del proceso de routing:

Decisión
Actualización
Reenvío
Recepción

Comparación entre OSPF e IS-IS

IS-IS y OSPF son protocolos de estado de enlaces que utilizan el Algoritmo de Dijkstra para encontrar el mejor camino a través de la red. Ambos soportan máscaras de subred de diferente longitud, pueden usar multicast para encontrar enrutadores vecinos mediante paquetes hello y pueden soportar autentificación de actualizaciones de encaminamiento.

Respecto a su encapsulación:

Mientras que IS-IS opera en la parte superior de la Capa 2, OSPF opera en la Capa 3.
IS-IS es un protocolo de Capa 3 con su propio paquete de Capa 3, mientras que OSPF utiliza paquete IP.
La fragmentación es responsabilidad de IS-IS; sin embargo, en OSPF la fragmentación es responsabilidad de IP.

Otras diferencias:

En una red broadcast, todos los IS de IS-IS mantienen adyacencia entre ellos; sin embargo, en OSPF solo se mantiene adyacencia entre el DR (Designated Router) y el BDR (Backup Designated Router) con los demás enrutadores.
El DIS (Designated Intermediate System) envía CSNPs (Complete Sequence Number PDUs) a los demás IS. En OSPF, los acks (reconocimientos) se envían desde el DR en forma de Unicasts.
En IS-IS se envían de forma periódica CSNPs para asegurar que las bases de datos estén sincronizadas.
En IS-IS existen dos tipos de LSPs (Link State PDUs), mientras que en OSPF existen siete tipos de LSA (Link State Advertisements).