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Enrutador (informática)

Rack que contiene un enrutador de clase proveedor de servicios conectado a múltiples redes. Un router doméstico con capacidades inalámbricas; muchos routers domésticos como este...

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Rack que contiene un enrutador de clase proveedor de servicios conectado a múltiples redes.
Un router doméstico con capacidades inalámbricas; muchos routers domésticos como este ejemplo combinan router, punto de acceso inalámbrico , conmutador y módem en una sola unidad (véase también puerta de enlace residencial ).

Un enrutador [ a ] es un dispositivo informático y de red que reenvía paquetes de datos entre redes informáticas , incluidas redes interconectadas como Internet global . [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]

Los enrutadores realizan las funciones de direccionamiento del tráfico en Internet. Un enrutador está conectado a dos o más líneas de datos de diferentes redes IP . Cuando un paquete de datos llega a una línea, el enrutador lee la dirección de red en la cabecera del paquete para determinar el destino final. Luego, utilizando la información de su tabla de enrutamiento o política de enrutamiento , dirige el paquete a la siguiente red en su recorrido. Un paquete de datos se reenvía de un enrutador a otro a través de una interred hasta que llega a su nodo de destino . [ 5 ]

El tipo más común de enrutadores IP son los enrutadores domésticos y de pequeñas oficinas, que reenvían paquetes IP entre los ordenadores domésticos e Internet. Los enrutadores más sofisticados, como los enrutadores empresariales, conectan las redes de grandes empresas o proveedores de servicios de Internet (ISP) a potentes enrutadores centrales que reenvían datos a alta velocidad a través de las líneas de fibra óptica de la red troncal de Internet .

Los enrutadores pueden construirse con componentes informáticos estándar, pero en su mayoría son ordenadores especializados diseñados para un propósito específico ( sistemas embebidos ). Los primeros enrutadores utilizaban software para el reenvío de datos, ejecutándose en una CPU . Los dispositivos más sofisticados utilizan circuitos integrados de aplicación específica (ASIC) para aumentar el rendimiento o añadir funciones avanzadas de filtrado y cortafuegos .

Historia

El primer enrutador de ARPANET, el Procesador de Mensajes de Interfaz , fue entregado a la UCLA el 30 de agosto de 1969 y entró en funcionamiento el 29 de octubre de 1969.

Los conceptos de un nodo de conmutación que utiliza software y una computadora de interfaz fueron propuestos por primera vez por Donald Davies en 1966 para la red NPL . [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] La misma idea fue concebida por Wesley Clark al año siguiente para su uso en ARPANET , que fueron denominados Procesadores de Mensajes de Interfaz (IMP). [ 9 ] La primera computadora de interfaz se implementó en el Laboratorio Nacional de Física en el Reino Unido a principios de 1969, seguida más tarde ese año por los IMP en la Universidad de California, Los Ángeles , el Instituto de Investigación de Stanford , la Universidad de California, Santa Bárbara y la Escuela de Computación de la Universidad de Utah en los Estados Unidos. [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] Todos fueron construidos con el Honeywell 516. Estas computadoras tenían fundamentalmente la misma funcionalidad que un enrutador tiene hoy.

La idea de un enrutador (llamado puerta de enlace en ese momento) surgió inicialmente de un grupo internacional de investigadores de redes informáticas llamado Grupo Internacional de Trabajo de Redes (INWG). [ 14 ] Estos dispositivos de puerta de enlace se diferenciaban de la mayoría de los esquemas de conmutación de paquetes anteriores en dos aspectos. Primero, conectaban redes de distintos tipos, como líneas seriales y redes de área local . Segundo, eran dispositivos sin conexión , que no tenían ninguna función en asegurar que el tráfico se entregara de manera confiable, dejando esa función completamente a los hosts . [ 15 ] Esta idea en particular, el principio de extremo a extremo , estaba contenida en el trabajo de Donald Davies. [ 16 ] [ 17 ]

El concepto fue explorado en la práctica por varios grupos, con la intención de producir un sistema funcional para la interconexión de redes . Hubo tres programas contemporáneos notables. El primero fue una implementación dirigida por Louis Pouzin de la red CYCLADES , que fue diseñada y desarrollada durante 1972-73. [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] El segundo fue un programa en Xerox PARC para explorar nuevas tecnologías de redes, que produjo el sistema PARC Universal Packet . Algún tiempo después de principios de 1974, los primeros enrutadores Xerox entraron en funcionamiento. Debido a preocupaciones de propiedad intelectual corporativa, recibió poca atención fuera de Xerox durante años. [ 21 ] [ 22 ] El tercero fue un programa iniciado por DARPA , que comenzó durante 1973-74. Este se basó en el trabajo de los otros dos programas, [ 23 ] se expandió significativamente y llegó a crear la arquitectura TCP/IP que se utiliza hoy. [ 24 ] [ 25 ] El University College London (UCL) sirvió de enlace entre los grupos de investigación británicos y la ARPANET desde 1973 hasta finales de la década de 1980, utilizando posteriormente SATNET . [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]

El primer enrutador IP verdadero fue desarrollado por Ginny Travers en BBN , como parte de ese esfuerzo iniciado por DARPA, durante 1975-1976. [ 29 ] [ 30 ] A finales de 1976, tres enrutadores basados ​​en PDP-11 estaban en servicio en el prototipo experimental de Internet. [ 31 ] Mike Brecia, Ginny Travers y Bob Hinden recibieron el Premio IEEE de Internet por los primeros enrutadores IP en 2008. [ 32 ]

Los primeros enrutadores multiprotocolo fueron creados independientemente por investigadores del MIT y Stanford en 1981, y ambos se basaron en PDP-11. El programa de enrutadores de Stanford fue dirigido por William Yeager y el del MIT por Noel Chiappa . [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] 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 usaban protocolos distintos de TCP/IP. Los enrutadores modernos que manejan tanto IPv4 como IPv6 son multiprotocolo, pero son dispositivos más simples que los que procesan los protocolos AppleTalk, DECnet, IPX y Xerox.

Desde mediados de la década de 1970 y durante la década de 1980, los miniordenadores de propósito general funcionaron como enrutadores. Los enrutadores modernos de alta velocidad son procesadores de red o computadoras altamente especializadas con aceleración de hardware adicional para agilizar tanto las funciones de enrutamiento comunes, como el reenvío de paquetes, como las funciones especializadas, como el cifrado IPsec . Existe un uso considerable de máquinas basadas en software Linux y Unix , que ejecutan código de enrutamiento de código abierto , para investigación y otras aplicaciones. El sistema operativo Cisco IOS fue diseñado de forma independiente. Los principales sistemas operativos para enrutadores, como Junos y NX-OS , son versiones ampliamente modificadas del software Unix.

Operación

Cuando se utilizan varios enrutadores en redes interconectadas, estos pueden intercambiar información sobre 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. [ 37 ] [ 38 ]

El software que ejecuta el enrutador está compuesto por dos unidades de procesamiento funcionales que operan simultáneamente, llamadas planos : [ 39 ]

  • Plano de control : Un enrutador mantiene una tabla de enrutamiento que indica qué ruta debe utilizarse para reenviar un paquete de datos y a través de qué conexión de interfaz física. Esto lo hace mediante directivas internas preconfiguradas, llamadas rutas estáticas , o aprendiendo rutas dinámicamente mediante un protocolo de enrutamiento. Las rutas estáticas y dinámicas se almacenan en la tabla de enrutamiento. La lógica del plano de control elimina las directivas no esenciales de la tabla y crea una base de información de reenvío (FIB) que utilizará el plano de reenvío.
  • Plano de reenvío : Esta unidad reenvía los paquetes de datos entre las conexiones de interfaz de entrada y salida. Lee la cabecera de cada paquete a medida que llega, compara el destino con las entradas de la FIB proporcionada por el plano de control y dirige el paquete a la red de salida especificada en la FIB.

Aplicaciones

Un router DSL para el hogar o la oficina pequeña que muestra la toma telefónica (izquierda, blanca) para conectarlo a Internet mediante ADSL y los conectores Ethernet (derecha, amarillos) para conectarlo a ordenadores e impresoras domésticas.
Un enrutador de clase portadora con interfaces de 10G / 40G / 100G y módulos redundantes de procesador, alimentación y ventilador.

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

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); también son responsables de dirigir los datos entre diferentes redes. [ 40 ] Los enrutadores más grandes (como el Cisco CRS-1 o el Juniper PTX) interconectan a los distintos ISP o pueden utilizarse en grandes redes empresariales. [ 41 ] Los enrutadores más pequeños suelen proporcionar conectividad para las redes típicas de hogares y oficinas.

En las empresas se pueden encontrar enrutadores de todos los tamaños. [ 42 ] Los enrutadores más potentes suelen encontrarse en proveedores de servicios de Internet (ISP), centros académicos y de investigación. Las grandes empresas también pueden necesitar enrutadores más potentes para hacer frente a las crecientes demandas de tráfico de datos de la intranet . Es común el uso de un modelo de interconexión jerárquica de enrutadores en grandes redes. [ 43 ] Algunos enrutadores pueden conectarse a unidades de servicio de datos para conexiones T1 [ 44 ] [ 45 ] [ 46 ] a través de puertos serie. [ 47 ] [ 48 ]

Acceso, núcleo y distribución

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

El modelo de interconexión jerárquica divide las redes empresariales en tres capas: núcleo, distribución y acceso.

Los routers de acceso, incluidos los modelos para pequeñas oficinas/oficinas domésticas (SOHO), se ubican en hogares y ubicaciones de clientes, como sucursales, que no requieren enrutamiento jerárquico propio. Por lo general, están optimizados para un bajo costo. Algunos routers SOHO son capaces de ejecutar firmware alternativo gratuito basado en Linux, como Tomato , OpenWrt o DD-WRT . [ 49 ]

Los enrutadores de distribución agregan el tráfico de múltiples enrutadores de acceso. Suelen ser responsables de garantizar 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 rutinas de procesamiento de datos integradas sustanciales. También pueden proporcionar conectividad a grupos de servidores de archivos u otras redes externas. [ 50 ]

En las empresas, un enrutador central puede proporcionar una red troncal colapsada que interconecta los enrutadores de la capa de distribución de varios edificios de un campus o de grandes ubicaciones empresariales. Suelen estar optimizados para un ancho de banda elevado, pero carecen de algunas de las características de los enrutadores de borde. [ 51 ]

Seguridad

Las redes externas deben considerarse cuidadosamente como parte de la estrategia de seguridad general de la red local. Un enrutador puede incluir un cortafuegos , gestión de VPN y otras funciones de seguridad, o bien estas pueden ser gestionadas por dispositivos separados. Los enrutadores también suelen realizar la traducción de direcciones de red ( NAT ), que restringe las conexiones iniciadas desde conexiones externas, pero no todos los expertos la reconocen como una característica de seguridad. [ 52 ] Algunos expertos argumentan que los enrutadores de código abierto son más seguros y fiables que los de código cerrado, ya que es más probable que se descubran y solucionen errores y vulnerabilidades potencialmente explotables en un entorno de código abierto. [ 53 ] [ 54 ]

Enrutamiento de diferentes redes

Los enrutadores también suelen distinguirse según la red en la que operan. Un enrutador en una red de área local (LAN) de una sola organización se denomina enrutador interno . Un enrutador que opera en la red troncal de Internet se describe como enrutador externo , 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 . [ 55 ]

Conectividad a Internet y uso interno

Los enrutadores destinados a la conectividad de ISP y grandes empresas suelen intercambiar información de enrutamiento mediante el Protocolo de puerta de enlace de frontera (BGP). El RFC 4098 define los tipos de enrutadores BGP según sus funciones: [ 56 ] 

  • Enrutador de borde o enrutador de borde entre sistemas autónomos: Ubicado en el borde de una red de ISP, donde el enrutador se utiliza para establecer interconexión con los proveedores de tránsito IP ascendentes, interconexiones bilaterales a través de IXP , interconexión privada (o incluso interconexión sin liquidación) a través de la interconexión de red privada (PNI) mediante el uso extensivo del protocolo de puerta de enlace de borde exterior (eBGP). [ 57 ]
  • Enrutador de proveedor (P): Un enrutador de proveedor también se denomina enrutador de tránsito , se ubica en una red de conmutación de etiquetas multiprotocolo (MPLS) y es responsable de establecer rutas conmutadas por etiquetas entre los enrutadores PE. [ 58 ]
  • Enrutador de borde del proveedor (PE): Un enrutador específico de MPLS en la capa de acceso de la red que se interconecta con los enrutadores de borde del cliente para proporcionar servicios VPN de capa 2 o capa 3. [ 58 ]
  • Enrutador de borde del cliente (CE): Ubicado en el borde de la red del suscriptor, se interconecta con el enrutador PE para servicios L2VPN o transferencia IP directa de capa 3 en el caso de acceso dedicado a Internet . Si los servicios de tránsito IP se proporcionan a través de un núcleo MPLS, el CE se interconecta con el PE mediante eBGP con los ASN públicos de cada red respectiva. En el caso de servicios L3VPN, el CE puede intercambiar rutas con el PE mediante eBGP. Se utiliza comúnmente tanto en proveedores de servicios como en empresas o centros de datos . [ 58 ]
  • Enrutador central : Reside dentro de un sistema autónomo como columna vertebral para transportar el tráfico entre los enrutadores de borde. [ 59 ]
  • Dentro de un ISP: En el sistema autónomo del ISP, un enrutador utiliza BGP interno para comunicarse con otros enrutadores de borde del ISP, otros enrutadores centrales de la intranet o los enrutadores de borde del proveedor de intranet del ISP.
  • Red troncal de Internet: A diferencia de las redes predecesoras, Internet ya no cuenta con una red troncal claramente identificable. Véase zona libre de errores (DFZ). Los enrutadores de los principales proveedores de servicios de Internet (ISP) conforman lo que podría considerarse el núcleo de la red troncal actual de Internet. [ 60 ] Los ISP operan los cuatro tipos de enrutadores BGP descritos aquí. Un enrutador central de un ISP se utiliza para interconectar sus enrutadores de borde y de borde. Los enrutadores centrales también pueden tener funciones especializadas en redes privadas virtuales basadas en una combinación de protocolos BGP y de conmutación de etiquetas multiprotocolo (MLS) . [ 61 ]
  • Reenvío de puertos: En algunas redes que dependen de IPv4 heredado y NAT, los enrutadores (a menudo denominados cajas NAT) también se utilizan para la configuración de reenvío de puertos entre el espacio de direcciones RFC 1918 y su dirección IPv4 asignada públicamente. [ 42 ]
  • Enrutadores de procesamiento de voz, datos, fax y video: Conocidos comúnmente como servidores de acceso o pasarelas , 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 procesan como tráfico IP ( VoIP ) a través de una pasarela de voz. El uso de enrutadores tipo servidor de acceso se expandió con la llegada de Internet, primero con el acceso telefónico y luego con el servicio de telefonía de voz.
  • Las redes de mayor tamaño suelen utilizar conmutadores multicapa , donde los dispositivos de capa 3 se utilizan simplemente para interconectar varias subredes dentro de la misma zona de seguridad, y los conmutadores de capas superiores cuando se requieren funciones de filtrado , traducción , equilibrio de carga u otras funciones de nivel superior, especialmente entre zonas.

routers Wi-Fi

Los routers Wi-Fi combinan las funciones de un router, un conmutador y un punto de acceso inalámbrico . Suelen ser dispositivos compactos que funcionan con la red eléctrica estándar para uso doméstico. Conectados a Internet a través de un proveedor de servicios de Internet , proporcionan acceso a Internet mediante Ethernet y Wi-Fi para el hogar o la oficina.

Reenvío

El propósito principal de un enrutador es conectar múltiples redes y reenviar paquetes destinados a redes conectadas directamente o a redes más remotas. Un enrutador se considera un dispositivo de capa 3 porque su decisión principal de reenvío 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. Un enrutador normalmente no examina la carga útil del paquete, [ 62 ] sino solo las direcciones de capa 3 para tomar una decisión de reenvío, además de otra información en el encabezado para obtener sugerencias sobre, por ejemplo, la calidad de servicio (QoS). Para el reenvío IP puro, un enrutador está diseñado para minimizar la información de estado asociada con los paquetes individuales. [ 63 ] Una vez que se reenvía un paquete, el enrutador no retiene ninguna información histórica sobre el paquete. [ b ]

La tabla de enrutamiento puede contener información derivada de diversas fuentes, como rutas predeterminadas o estáticas configuradas 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 en la tabla de enrutamiento; es común  , incluso necesaria  , en redes pequeñas, como un hogar o una pequeña empresa, donde la ruta predeterminada simplemente envía todo el tráfico no local al proveedor de servicios de Internet . La ruta predeterminada puede configurarse manualmente (como una ruta estática), aprenderse mediante protocolos de enrutamiento dinámico o obtenerse mediante DHCP . [ c ] [ 64 ]

Un enrutador puede ejecutar más de un protocolo de enrutamiento a la vez, especialmente si actúa como un enrutador de borde de sistema autónomo entre partes de una red que ejecutan diferentes protocolos de enrutamiento; en ese caso, se puede utilizar la redistribución (generalmente de forma selectiva) para compartir información entre los diferentes protocolos que se ejecutan en el mismo enrutador. [ 65 ]

Además de decidir a qué interfaz se reenvía un paquete, lo cual se maneja principalmente a través de la tabla de enrutamiento, un enrutador también debe gestionar la congestión cuando llegan paquetes a una velocidad mayor de la que puede procesar. Tres políticas comúnmente utilizadas son el descarte de cola , la detección temprana aleatoria (RED) y la detección temprana aleatoria ponderada (WRED). El descarte de cola es la más simple y fácil de implementar: el enrutador simplemente descarta los nuevos paquetes entrantes una vez que se agota el espacio del búfer en el enrutador. RED descarta probabilísticamente los datagramas tempranamente cuando la cola excede una porción preconfigurada del búfer, hasta alcanzar un máximo predeterminado, momento en el que descarta todos los paquetes entrantes, volviendo así al descarte de cola. WRED se puede configurar para descartar paquetes con mayor facilidad 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 mediante QoS , que es fundamental cuando se implementa Voz sobre IP , para no introducir una latencia excesiva . [ 66 ]

Otra función que realiza un enrutador se denomina 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. [ 67 ]

Algunas de las funciones pueden realizarse mediante un circuito integrado de aplicación específica (ASIC) para evitar la sobrecarga que supone programar el tiempo de CPU para procesar los paquetes. Otras pueden tener que realizarse mediante la CPU, ya que estos paquetes requieren una atención especial que no puede ser gestionada por un ASIC. [ 68 ]

Véase también

Notas

  1. ↑ Se pronuncia / ˈ r uː t ər / en inglés británico , / ˈ r aʊ t ər / en inglés americano y. [ 1 ]
  2. ↑ En algunas implementaciones de enrutadores, la acción de reenvío puede incrementar un contador asociado con la entrada de la tabla de enrutamiento para la recopilación de datos estadísticos.
  3. ↑ Un enrutador puede funcionar como cliente DHCP o como servidor DHCP.

Referencias

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  2. ↑ "Un enrutador es una computadora" . Cisco Network Academy . Archivado del original el 5 de julio de 2022.
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  18. ↑ Russell, Andrew L.; Schafer, Valérie (2014). "A la sombra de ARPANET e Internet: Louis Pouzin y la Red de las Cícladas en la década de 1970" . Tecnología y Cultura . 55 (4): 880–907 . doi : 10.1353/tech.2014.0096 . ISSN 0040-165X . JSTOR 24468474 .  
  19. ↑ Green, Lelia (2010). Internet: una introducción a los nuevos medios . Serie de nuevos medios de Berg. Berg. pág. 31. ISBN  978-1-84788-299-8OCLC 504280762. El diseño original de ARPANET había integrado la integridad de los datos en la función de almacenamiento y reenvío del IMP, pero el protocolo de extremo a extremo de Cyclades simplificó enormemente las operaciones de conmutación de paquetes de la red. ... La idea era adoptar varios principios de Cyclades e invertir el modelo de ARPANET para minimizar las diferencias internacionales. 
  20. ↑ Bennett, Richard (septiembre de 2009). "Diseñado para el cambio: argumentos de extremo a extremo, innovación en Internet y el debate sobre la neutralidad de la red" (PDF) . Information Technology and Innovation Foundation. págs. 7, 9, 11. Recuperado el 11 de septiembre de 2017. Dos redes de paquetes importantes precedieron a Internet TCP/IP: ARPANET y CYCLADES. Los diseñadores de Internet tomaron prestado mucho de estos sistemas, especialmente de CYCLADES... La primera red de investigación de extremo a extremo fue CYCLADES, diseñada por Louis Pouzin en IRIA en Francia con el apoyo de Dave Walden y Alex McKenzie de BBN y desplegada a partir de 1972. 
  21. ↑ Taylor, Bob (11 de octubre de 2008), "Historia oral de Robert (Bob) W. Taylor" (PDF) , Archivo del Museo de Historia de la Computación , Número de referencia CHM: X5059.2009: 28
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