Un enrutador [a] es una computadora y un dispositivo de red que reenvía paquetes de datos entre redes de computadoras , incluidas redes como Internet global . [2] [3] [4]
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 información de la dirección de red en el encabezado 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 viaje. Los paquetes de datos se reenvían de un enrutador a otro a través de una red hasta llegar a su nodo de destino . [5]
El tipo más familiar de enrutadores IP son los enrutadores domésticos y de pequeñas oficinas que reenvían paquetes IP entre las computadoras domésticas e Internet. Los enrutadores más sofisticados, como los enrutadores empresariales, conectan redes de grandes empresas o ISP a potentes enrutadores centrales que reenvían datos a alta velocidad a lo largo de las líneas de fibra óptica de la red troncal de Internet .
Los enrutadores se pueden construir a partir de piezas de computadora estándar, pero en su mayoría son computadoras especializadas diseñadas específicamente . Los primeros enrutadores utilizaban reenvío basado en software , ejecutándose en una CPU . Los dispositivos más sofisticados utilizan circuitos integrados de aplicaciones específicas (ASIC) para aumentar el rendimiento o agregar funciones avanzadas de filtrado y firewall .
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. [6] [7]
El software que ejecuta el enrutador está compuesto por dos unidades de procesamiento funcionales que operan simultáneamente, llamadas planos : [8]
Un enrutador puede tener interfaces para múltiples tipos de conexiones de capa física , como cables de cobre, fibra óptica o transmisión inalámbrica . También puede admitir múltiples estándares de transmisión de 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 único .
Los enrutadores pueden proporcionar conectividad dentro de las empresas, entre empresas e Internet, o entre redes de proveedores de servicios de Internet (ISP); también son responsables de dirigir datos entre diferentes redes. [9] Los enrutadores más grandes (como Cisco CRS-1 o Juniper PTX) interconectan los distintos ISP o pueden usarse en redes empresariales grandes. [10] Los enrutadores más pequeños generalmente brindan conectividad para redes domésticas y de oficina típicas.
Se pueden encontrar enrutadores de todos los tamaños dentro de las empresas. [11] Los enrutadores más potentes generalmente se encuentran en los ISP y en instalaciones académicas y de investigación. Es posible que las grandes empresas también necesiten enrutadores más potentes para hacer frente a las demandas cada vez mayores del tráfico de datos de la intranet . Es de uso común un modelo de interconexión jerárquico para interconectar enrutadores en redes grandes. [12] Algunos enrutadores pueden conectarse a unidades de servicio de datos para conexiones T1 [13] [14] [15] a través de puertos serie. [16] [17]
El modelo jerárquico de interconexión de redes divide las redes empresariales en tres capas: núcleo, distribución y acceso.
Los enrutadores de acceso, incluidos los modelos de pequeñas oficinas/oficinas domésticas (SOHO), están ubicados en el hogar y en los sitios de los clientes, como sucursales, que no necesitan enrutamiento jerárquico propio. Por lo general, están optimizados para lograr un bajo costo. Algunos enrutadores SOHO son capaces de ejecutar firmware alternativo gratuito basado en Linux como Tomato , OpenWrt o DD-WRT . [18]
Los enrutadores de distribución agregan tráfico desde múltiples enrutadores de acceso. Los enrutadores de distribución suelen ser 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 integradas. También pueden proporcionar conectividad a grupos de servidores de archivos u otras redes externas. [19]
En las empresas, un enrutador central puede proporcionar una red troncal colapsada que interconecta los enrutadores del nivel de distribución desde múltiples 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. [20]
Las redes externas deben considerarse cuidadosamente como parte de la estrategia general de seguridad de la red local. Un enrutador puede incluir un firewall , manejo de VPN y otras funciones de seguridad, o 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. [21] Algunos expertos sostienen que los enrutadores de código abierto son más seguros y confiables que los enrutadores de código cerrado porque es más probable que los errores y las vulnerabilidades potencialmente explotables se descubran y solucionen en un entorno de código abierto. [22] [23]
Los enrutadores también suelen distinguirse según la red en la que operan. Un enrutador en una red de área local (LAN) de una única organización se denomina enrutador interior . Un enrutador que funciona en la red troncal de Internet se describe como enrutador exterior . Mientras que a un enrutador que conecta una LAN con Internet o una red de área amplia (WAN) se le llama enrutador de frontera , o enrutador de puerta de enlace . [24]
Los enrutadores destinados a ISP y a las principales conectividades empresariales suelen intercambiar información de enrutamiento mediante el protocolo Border Gateway (BGP). RFC 4098 define los tipos de enrutadores BGP según sus funciones: [25]
Los enrutadores Wi-Fi combinan las funciones de un enrutador con las de un punto de acceso inalámbrico . Por lo general, son dispositivos con un factor de forma pequeño que funcionan con el suministro de energía eléctrica estándar para uso residencial. Conectados a Internet como lo ofrece un proveedor de servicios de Internet , brindan acceso a Internet a través de una red inalámbrica para uso doméstico o de oficina.
Los conceptos de un nodo de conmutación que utiliza software y una computadora de interfaz fueron propuestos por primera vez por Donald Davies para la red NPL en 1966. [31] [32] [33] Wesley Clark concibió la misma idea al año siguiente para su uso en ARPANET. , que fueron denominados Procesadores de mensajes de interfaz (IMP). [34] La primera computadora de interfaz se implementó en el Laboratorio Nacional de Física del Reino Unido a principios de 1969, seguida más tarde ese año por los IMP de la Universidad de California en Los Ángeles , el Instituto de Investigación de Stanford y la Universidad de California en Santa Bárbara. y la Escuela de Computación de la Universidad de Utah en Estados Unidos. [35] [36] [37] [38] Todos fueron construidos con Honeywell 516 . Estas computadoras tenían fundamentalmente la misma funcionalidad que un enrutador hoy en día.
La idea de un enrutador (llamado puerta de enlace en ese momento) surgió inicialmente a través de un grupo internacional de investigadores de redes informáticas llamado Grupo de Trabajo de Redes Internacionales (INWG). [39] Estos dispositivos de puerta de enlace se diferenciaban de la mayoría de los esquemas de conmutación de paquetes anteriores en dos formas. Primero, conectaron tipos diferentes de redes, como líneas seriales y redes de área local . En segundo lugar, eran dispositivos sin conexión , que no tenían ninguna función para garantizar que el tráfico se entregara de manera confiable, dejando esa función enteramente a los hosts . [40] Esta idea particular, el principio de extremo a extremo , fue iniciada en la red CYCLADES . [41]
La idea se exploró con más detalle, con la intención de producir un sistema prototipo como parte de dos programas contemporáneos. Uno 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 corporativas sobre propiedad intelectual, recibió poca atención fuera de Xerox durante años. [42] El otro fue el programa iniciado por DARPA , que creó la arquitectura TCP/IP que se utiliza hoy en día. [43] El primer enrutador IP verdadero fue desarrollado por Ginny Travers en BBN , como parte de ese esfuerzo iniciado por DARPA, durante 1975-1976. [44] [45] A finales de 1976, tres enrutadores basados en PDP-11 estaban en servicio en el prototipo experimental de Internet. [46] Mike Brecia, Ginny Travers y Bob Hinden recibieron el premio IEEE Internet Award por sus primeros enrutadores IP en 2008. [47]
Los primeros enrutadores multiprotocolo fueron creados de forma independiente por investigadores del MIT y Stanford en 1981 y ambos también se basaron en PDP-11. El programa de enrutadores de Stanford fue dirigido por William Yeager y el del MIT por Noel Chiappa . [48] [49] [50] [51] Prácticamente todas las redes utilizan ahora 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 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 los años 1970 y en los años 1980, las minicomputadoras de uso general sirvieron como enrutadores. Los enrutadores modernos de alta velocidad son procesadores de red o computadoras altamente especializadas a las que se les agrega aceleración de hardware adicional para acelerar tanto las funciones de enrutamiento comunes, como el reenvío de paquetes, como las 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 fue diseñado de forma independiente. Los principales sistemas operativos de enrutadores, como Junos y NX-OS , son versiones ampliamente modificadas del software Unix.
El objetivo 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 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 saliente indicada en la entrada de la tabla. Por lo general, un enrutador no analiza la carga útil del paquete, [52] 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, la calidad de servicio (QoS). Para el reenvío de IP puro, se diseña un enrutador para minimizar la información de estado asociada con paquetes individuales. [53] Una vez que se reenvía un paquete, el enrutador no retiene ninguna información histórica sobre el paquete. [b]
La propia tabla de enrutamiento 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 en la tabla de enrutamiento; es común (incluso necesario) en redes pequeñas, como las de 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 se puede configurar manualmente (como ruta estática); aprendido mediante protocolos de enrutamiento dinámico; o ser obtenido por DHCP . [c] [54]
Un enrutador puede ejecutar más de un protocolo de enrutamiento a la vez, particularmente si sirve como enrutador de borde de sistema autónomo entre partes de una red que ejecutan diferentes protocolos de enrutamiento; si lo hace, entonces se puede utilizar la redistribución (normalmente de forma selectiva) para compartir información entre los diferentes protocolos que se ejecutan en el mismo enrutador. [55]
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 tiene que gestionar la congestión cuando los paquetes llegan a una velocidad superior a la que el enrutador puede procesar. Tres políticas comúnmente utilizadas son la caída de cola , la detección temprana aleatoria (RED) y la detección temprana aleatoria ponderada (WRED). La caída de cola es la más simple y fácil de implementar: el enrutador simplemente descarta nuevos paquetes entrantes una vez que se agota el espacio del búfer en el enrutador. RED descarta probabilísticamente los datagramas temprano cuando la cola excede una porción preconfigurada del búfer, hasta alcanzar un máximo predeterminado, cuando descarta todos los paquetes entrantes, volviendo así a la caída de cola. WRED se puede configurar para descartar paquetes más fácilmente dependiendo del tipo de tráfico.
Otra función que realiza un enrutador es clasificar el tráfico y decidir qué paquete debe procesarse primero. Esto se gestiona a través de QoS , que es fundamental cuando se implementa Voz sobre IP , para no introducir una latencia excesiva . [56]
Otra función más 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. [57]
Algunas de las funciones se pueden realizar a través de un circuito integrado de aplicación específica (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. [58]
Las tablas de enrutamiento se pueden crear manualmente y "aprenderlas" mediante software a medida que observa el tráfico de la red, o se pueden construir de acuerdo con
protocolos de enrutamiento
.
Luego, en junio de 1966, Davies escribió un segundo artículo interno, "Propuesta para una red de comunicación digital", en el que acuñó la palabra paquete, una pequeña subparte del mensaje que el usuario desea enviar, y también introdujo el concepto de
interfaz. computadora
para ubicarse entre el equipo del usuario y la red de paquetes.
documento fechado en junio de 1966... introdujo el concepto de una "computadora de interfaz" para ubicarse entre el equipo del usuario y la red de paquetes.
La primera red de conmutación de paquetes se implementó en los Laboratorios Nacionales de Física del Reino Unido. Le siguió rápidamente ARPANET en 1969.
El sistema entró en funcionamiento por primera vez a principios de 1969.
Leonard Kleinrock: Donald Davies... hizo un cambio de paquetes de un solo nodo antes de que lo hiciera ARPA.
INWG#1: Informe del Subgrupo 1 sobre Requisitos del Sistema de Comunicación por Davies, Shanks, Heart, Barker, Despres, Detwiler y Riml. Escribieron: "Se acordó que el interfuncionamiento entre redes de conmutación de paquetes no debería agregar complicaciones a los hosts, considerando que las redes probablemente serán diferentes y, por lo tanto, se necesitarán puertas de enlace entre redes. Estas puertas de enlace deben ser lo más sencillas posible, al tiempo que deben permitir tanta libertad como sea posible. posible para el diseño de redes individuales". El INWG#1 aclaró que las puertas de enlace y la simplicidad eran conceptos aceptados cuando se formó el INWG.
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