Un enrutador [a] es una computadora y un dispositivo de red que reenvía paquetes de datos entre redes de computadoras , incluidas interconexiones entre 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 en 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 interconexión de redes hasta que llegan a su nodo de destino . [5]
Los enrutadores IP más conocidos 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 grandes redes empresariales o de ISP a enrutadores centrales potentes 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 partes estándar de una computadora, pero en su mayoría son computadoras especializadas diseñadas para un propósito específico . Los primeros enrutadores usaban reenvío basado en software , que se ejecutaba en una CPU . Los dispositivos más sofisticados usan circuitos integrados específicos de la aplicación (ASIC) para aumentar el rendimiento o agregar funciones avanzadas de filtrado y firewall .
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. [6] [7]
El software que ejecuta el enrutador se compone de dos unidades de procesamiento funcionales que operan simultáneamente, llamadas planos : [8]
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 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 grandes redes empresariales. [10] Los enrutadores más pequeños generalmente brindan conectividad para redes domésticas y de oficina típicas.
En las empresas se pueden encontrar enrutadores de todos los tamaños. [11] Los enrutadores más potentes se encuentran generalmente en los ISP y en las instalaciones académicas y de investigación. Las grandes empresas también pueden necesitar enrutadores más potentes para hacer frente a las demandas cada vez mayores de tráfico de datos de la intranet . Es de uso común un modelo de interconexión de redes 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 seriales. [16] [17]
El modelo de interconexión de redes jerárquica divide las redes empresariales en tres capas: núcleo, distribución y acceso.
Los enrutadores de acceso, incluidos los modelos para pequeñas oficinas y oficinas en el hogar (SOHO), se encuentran en los hogares y en las instalaciones de los clientes, como sucursales, que no necesitan un enrutamiento jerárquico propio. Por lo general, están optimizados para un bajo costo. Algunos enrutadores SOHO pueden ejecutar firmware alternativo gratuito basado en Linux, como Tomato , OpenWrt o DD-WRT . [18]
Los enrutadores de distribución agregan tráfico de múltiples enrutadores de acceso. Los enrutadores de distribución suelen ser responsables de garantizar la calidad del servicio en una red de área amplia (WAN), por lo que pueden tener una memoria considerable 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. [19]
En las empresas, un enrutador central puede proporcionar una red troncal colapsada que interconecta los enrutadores de nivel de distribución de varios edificios de un campus o de grandes ubicaciones empresariales. 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 de seguridad general de la red local. Un enrutador puede incluir un firewall , manejo de VPN y otras funciones de seguridad, o pueden ser manejadas 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 se descubran y solucionen errores y vulnerabilidades potencialmente explotables en un entorno de código abierto. [22] [23]
Los enrutadores también se suelen distinguir 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 funciona 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 . [24]
Los enrutadores destinados a los ISP y a la conectividad de las grandes empresas suelen intercambiar información de enrutamiento mediante el protocolo de puerta de enlace de borde (BGP). La 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, tal 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] La misma idea fue concebida por Wesley Clark el año siguiente para su uso en ARPANET , que se denominaron Procesadores de mensajes de interfaz (IMP). [34] 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 en Los Ángeles , el Instituto de Investigación de Stanford , la Universidad de California en Santa Bárbara y la Escuela de Computación de la Universidad de Utah en los Estados Unidos. [35] [36] [37] [38] Todas fueron construidas con el Honeywell 516. Estas computadoras tenían fundamentalmente la misma funcionalidad que un enrutador hoy.
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 International Network Working Group (INWG). [39] Estos dispositivos de puerta de enlace eran diferentes de la mayoría de los esquemas de conmutación de paquetes anteriores en dos formas. Primero, conectaban diferentes tipos de redes, como líneas seriales y redes de área local . Segundo, eran dispositivos sin conexión , que no tenían ningún papel en asegurar que el tráfico se entregara de manera confiable, dejando esa función completamente a los hosts . [40] Esta idea en 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 de Xerox comenzaron a funcionar. Debido a preocupaciones de propiedad intelectual corporativa, 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 usa 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 fines 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 por los primeros enrutadores IP en 2008. [47]
Los primeros enrutadores multiprotocolo fueron creados independientemente por investigadores del personal 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 la década de 1970 y en la década de 1980, las minicomputadoras de propósito general sirvieron como enrutadores. Los enrutadores de alta velocidad modernos son procesadores de red o computadoras altamente especializadas con aceleración de hardware adicional agregada 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 código abierto , 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 varias 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 de la tabla de enrutamiento. Una vez que 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 mira la carga útil del paquete, [52] sino solo las direcciones de capa 3 para tomar una decisión de reenvío, además de otra información opcional en el encabezado para obtener pistas sobre, por ejemplo, la calidad del servicio (QoS). Para el reenvío IP puro, un enrutador está diseñado para minimizar la información de estado asociada con los paquetes individuales. [53] Una vez que se reenvía un paquete, el enrutador no retiene ninguna información histórica sobre el paquete. [b]
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; 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 puede configurarse manualmente (como una ruta estática); aprenderse mediante protocolos de enrutamiento dinámico; u obtenerse mediante DHCP . [c] [54]
Un enrutador puede ejecutar más de un protocolo de enrutamiento a la vez, en particular si funciona 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 utilizar la redistribución (generalmente de manera 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 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 mayor que la que el enrutador puede procesar. Tres políticas comúnmente utilizadas son la eliminación de paquetes de cola , la detección temprana aleatoria (RED) y la detección temprana aleatoria ponderada (WRED). La eliminación de paquetes de cola es la más simple y la más fácil de implementar: el enrutador simplemente elimina los paquetes entrantes nuevos una vez que se agota el espacio del búfer en el enrutador. RED descarta de manera probabilística los datagramas de manera temprana cuando la cola excede una porción preconfigurada del búfer, hasta alcanzar un máximo predeterminado, cuando descarta todos los paquetes entrantes, volviendo así a la eliminación de paquetes de cola. WRED se puede configurar para descartar paquetes más fácilmente según el tipo de tráfico.
Otra función que cumple un enrutador es la clasificación del 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 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. [57]
Algunas de las funciones pueden ser realizadas a través de un circuito integrado específico de la aplicación (ASIC) para evitar la sobrecarga que supone programar el tiempo de la CPU para procesar los paquetes. Otras pueden tener que ser realizadas 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 el software las puede "aprender" a medida que observa el tráfico de la red, o se pueden crear de acuerdo con
los 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 quiere enviar, y también introdujo el concepto de una
computadora de interfaz
para ubicarse entre el equipo del usuario y la red de paquetes.
Documento de 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. Fue seguida rápidamente por ARPANET en 1969.
El sistema se puso en marcha por primera vez a principios de 1969.
Leonard Kleinrock: Donald Davies... hizo un conmutador de paquetes de un solo nodo antes de que lo hiciera ARPA.
INWG#1: Informe del Subgrupo 1 sobre los requisitos del sistema de comunicación por Davies, Shanks, Heart, Barker, Despres, Detwiler y Riml. Escribieron: "Se acordó que la interconexión entre redes de conmutación de paquetes no debería añadir complicaciones a los hosts, teniendo en cuenta que las redes probablemente serán diferentes y, por lo tanto, se requerirán pasarelas entre redes. Estas pasarelas deberían ser lo más sencillas posible, al tiempo que permiten la mayor libertad posible para el diseño de redes individuales". INWG#1 aclaró que las pasarelas y la simplicidad eran conceptos aceptados cuando se formó INWG.
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