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Los routers interconectan redes Lectura 4

Figura 1

La mayoría de los usuarios desconocen la presencia de varios routers en su propia red o en Internet. Los usuarios esperan poder acceder a páginas web, enviar correo electrónico y descargar música, sin importar si el servidor al que acceden está en su propia red o en otra. Los profesionales de redes saben que es el router el que se encarga del reenvío de paquetes de una red a otra, desde el origen inicial hasta el destino final.

Un router conecta varias redes, lo que significa que posee varias interfaces, cada una de las cuales pertenece una red IP diferente. Cuando un router recibe un paquete IP en una interfaz, determina qué interfaz debe usar para reenviar el paquete hacia el destino. La interfaz que usa el router para reenviar el paquete puede ser el destino final o una red conectada a otro router que se usa para llegar a la red de destino.

En la animación de la figura 1, se observa que el R1 y el R2 son responsables de recibir el paquete en una red y reenviarlo desde otra red hacia la red de destino.

Generalmente, cada red a la que se conecta un router requiere una interfaz separada. Estas interfaces se usan para conectar una combinación de redes de área local (LAN) y redes de área extensa (WAN). Por lo general, las LAN son redes Ethernet que contienen dispositivos como computadoras, impresoras y servidores. Las WAN se usan para conectar redes a través de un área geográfica extensa. Por ejemplo, las conexiones WAN suelen utilizarse para conectar una LAN a la red del proveedor de servicios de Internet (ISP).

Observe que cada sitio de la figura 2 requiere el uso de un router para interconectarse a otros sitios. Incluso la oficina doméstica requiere un router. En esta topología, el router ubicado en la oficina doméstica es un dispositivo especializado que lleva a cabo varios servicios para la red doméstica.

Figura 2

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Los routers eligen las mejores rutas( 5)

Los routers eligen las mejores rutas

Las funciones principales de un router son las siguientes:

  • Determinar la mejor ruta para enviar paquetes.
  • Reenviar paquetes a su destino.

El router usa su tabla de routing para encontrar la mejor ruta para reenviar un paquete. Cuando el router recibe un paquete, analiza la dirección de destino del paquete y usa la tabla de routing para buscar la mejor ruta hacia esa red. La tabla de routing también incluye la interfaz que se debe usar para reenviar los paquetes a cada red conocida. Cuando se encuentra una coincidencia, el router encapsula el paquete en la trama de enlace de datos de la interfaz de salida, y el paquete se reenvía hacia el destino.

Un router puede recibir un paquete encapsulado en un tipo de trama de enlace de datos y reenviarlo por una interfaz que usa otro tipo de trama de enlace de datos. Por ejemplo, un router puede recibir un paquete en una interfaz Ethernet, pero debe reenviarlo por una interfaz configurada con el protocolo punto a punto (PPP). La encapsulación de enlace de datos depende del tipo de interfaz en el router y del tipo de medio al que se conecta. Las distintas tecnologías de enlace de datos a las que se puede conectar un router incluyen Ethernet, PPP, Frame Relay, DSL, tecnología de cable y tecnología inalámbrica (802.11, Bluetooth, etc.).

En la animación de la ilustración, se sigue un paquete desde la computadora de origen hasta la computadora de destino. Debe observarse que el router es responsable de encontrar la red de destino en su tabla de enrutamiento y reenviar el paquete hacia su destino. En este ejemplo, el router R1 recibe el paquete encapsulado en una trama de Ethernet. Después de desencapsular el paquete, el R1 usa la dirección IP de destino del paquete para buscar una dirección de red que coincida en su tabla de routing. Luego de encontrar una dirección de red de destino en la tabla de enrutamiento, R1 encapsula el paquete dentro de una trama PPP y reenvía el paquete a R2. El R2 realiza un proceso similar.

Nota: los routers usan rutas estáticas y protocolos de routing dinámico para descubrir redes remotas y crear sus tablas de routing.

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Mecanismos de reenvío de paquetes (6)

 Mecanismos de reenvío de paquetes

Los routers admiten tres mecanismos de reenvío de paquetes:

  • Switching de procesos: es un mecanismo de reenvío de paquetes más antiguo que todavía está disponible para los routers Cisco. Cuando un paquete llega a una interfaz, se reenvía al plano de control, donde la CPU hace coincidir la dirección de destino con una entrada de la tabla de routing y, a continuación, determina la interfaz de salida y reenvía el paquete. Es importante comprender que el router hace esto con cada paquete, incluso si el destino es el mismo para un flujo de paquetes. Este mecanismo de switching de procesos es muy lento y rara vez se implementa en las redes modernas.
  • Switching rápido: este es un mecanismo frecuente de reenvío de paquetes que usa una memoria caché de switching rápido para almacenar la información de siguiente salto. Cuando un paquete llega a una interfaz, se reenvía al plano de control, donde la CPU busca una coincidencia en la caché de switching rápido. Si no encuentra ninguna, se aplica el switching de procesos al paquete, y este se reenvía a la interfaz de salida. La información de flujo del paquete también se almacena en la caché de switching rápido. Si otro paquete con el mismo destino llega a una interfaz, se vuelve a utilizar la información de siguiente salto de la caché sin intervención de la CPU.
  • Cisco Express Forwarding (CEF): CEF es el mecanismo de reenvío de paquetes más reciente y más utilizado del IOS de Cisco. Al igual que el switching rápido, CEF arma una base de información de reenvío (FIB) y una tabla de adyacencia. Sin embargo, las entradas de la tabla no se activan por los paquetes como en el switching rápido, sino que se activan por los cambios, como cuando se modifica un elemento en la topología de la red. Por lo tanto, cuando se converge una red, la FIB y las tablas de adyacencia contienen toda la información que el router debe tener en cuenta al reenviar un paquete. La FIB contiene búsquedas inversas calculadas previamente, información de siguiente salto para las rutas, incluida la información de interfaz y de capa 2. Cisco Express Forwarding es el mecanismo de reenvío más rápido y la opción más utilizada en los routers Cisco.

En las figuras 1 a 3, se muestran las diferencias entre los tres mecanismos de reenvío de paquetes. Suponga que hay un flujo de tráfico que consta de cinco paquetes que van hacia el mismo destino. Como se muestra en la figura 1, con el switching de procesos, la CPU debe procesar cada paquete en forma individual. Compare esto con el switching rápido, el cual se muestra en la figura 2. Con el switching rápido, observe que el switching de procesos se aplica solo al primer paquete de un flujo, el cual se agrega a la caché de switching rápido. Los cuatro paquetes siguientes se procesan rápidamente según la información de la caché de switching rápido. Por último, en la figura 3, se observa que CEF crea la FIB y las tablas de adyacencia una vez que se converge la red. Los cinco paquetes se procesan rápidamente en el plano de datos.

Una analogía frecuente que se usa para describir los tres mecanismos de reenvío de paquetes es la siguiente:

  • El switching de procesos resuelve un problema realizando todos los cálculos matemáticos, incluso si los problemas son idénticos.
  • El switching rápido resuelve un problema realizando todos los cálculos matemáticos una vez y recuerda la respuesta para los problemas posteriores idénticos.
  • CEF soluciona todos los problemas posibles antes de tiempo en una hoja de cálculo.

Figura 1

Figura 2

 Figura 3

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Conexión a una red (7)

Por lo general, los dispositivos de red y los usuarios finales se conectan a una red mediante una conexión Ethernet por cable o una conexión inalámbrica. Consulte la ilustración para ver un ejemplo de topología de referencia. Las LAN que se muestran en la ilustración sirven como ejemplo de cómo los usuarios y los dispositivos de red pueden conectarse a las redes.

Los dispositivos de la oficina doméstica pueden conectarse de la siguiente manera:

  • Las computadoras portátiles y las tablet PC se conectan de forma inalámbrica a un router doméstico.
  • Una impresora de red se conecta mediante un cable Ethernet al puerto de switch en el router doméstico.
  • El router doméstico se conecta al cable módem del proveedor de servicios mediante un cable Ethernet.
  • El cable módem se conecta a la red del proveedor de servicios de Internet (ISP).

Los dispositivos de Sucursal se conectan de la siguiente manera:

  • Los recursos corporativos (es decir, los servidores de archivos y las impresoras) se conectan a los switches de capa 2 mediante cables Ethernet.
  • Las computadoras de escritorio y los teléfonos de voz sobre IP (VoIP) se conectan a los switches de capa 2 mediante cables Ethernet.
  • Las computadoras portátiles y los smartphones se conectan de forma inalámbrica a los puntos de acceso inalámbrico (WAP).
  • Los WAP se conectan a los switches mediante cables Ethernet.
  • Los switches de capa 2 se conectan a una interfaz Ethernet en el router perimetral mediante cables Ethernet. Un router perimetral es un dispositivo que se encuentra en el perímetro o el límite de una red y crea rutas entre esa red y otra red, por ejemplo, entre una LAN y una WAN.
  • El router perimetral se conecta al proveedor de servicios (SP) de una WAN.
  • El router perimetral también se conecta a un ISP para propósitos de respaldo.

Los dispositivos del sito Central se conectan de la siguiente manera:

  • Las computadoras de escritorio y los teléfonos VoIP se conectan a los switches de capa 2 mediante cables Ethernet.
  • Los switches de capa 2 se conectan de forma redundante a los switches multicapa de capa 3 con cables Ethernet de fibra óptica (conexiones anaranjadas).
  • Los switches multicapa de capa 3 se conectan a una interfaz Ethernet en el router perimetral mediante cables Ethernet.
  • El servidor del sitio web corporativo se conecta a la interfaz del router perimetral mediante un cable Ethernet.
  • El router perimetral se conecta al SP de una WAN.
  • El router perimetral también se conecta a un ISP para propósitos de respaldo.

En las LAN de los sitios Sucursal y Central, los hosts se conectan a la infraestructura de red de forma directa o indirecta (a través de WAP) mediante un switch de capa 2.

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Gateways predeterminados (8)

Para habilitar el acceso a la red, se deben configurar los dispositivos con la información de dirección IP para identificar los elementos correspondientes, entre ellos:

  • Dirección IP: identifica un host único en una red local.
  • Máscara de subred: identifica con qué subred de la red se puede comunicar el host.
  • Gateway predeterminado: identifica la dirección IP del router al que se debe enviar un paquete cuando el destino no está en la misma subred de la red local.

Cuando un host envía un paquete a un dispositivo que está en la misma red IP, el paquete tan solo se reenvía por la interfaz del host al dispositivo de destino.

Cuando un host envía un paquete a un dispositivo en una red IP diferente, el paquete se reenvía al gateway predeterminado, ya que los dispositivos host no pueden comunicarse directamente con los dispositivos que están fuera de la red local. El gateway predeterminado es el destino que enruta el tráfico desde la red local hacia los dispositivos en las redes remotas. Con frecuencia, se utiliza para conectar una red local a Internet.

Por lo general, el gateway predeterminado es la dirección de la interfaz en el router que se conecta a la red local. El router mantiene entradas de la tabla de routing de todas las redes conectadas, así como entradas de redes remotas, y determina la mejor ruta para llegar a esos destinos.

Por ejemplo, si la PC1 envía un paquete al Web Server (Servidor web) ubicado en 176.16.1.99, descubrirá que este no está en la red local y, por lo tanto, debe enviar el paquete a la dirección de control de acceso a los medios (MAC) de su gateway predeterminado. La unidad de datos del protocolo (PDU) del paquete que se muestra en la ilustración identifica las direcciones MAC e IP de origen y destino.

Nota: los routers también se suelen configurar con su propio gateway predeterminado. Este se conoce como “gateway de último recurso”.

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Objetivos 28/09/2023

Un aspecto definitivo en todo proceso de investigación es la definición de los objetivos o del rumbo que debe tomar la investigación que va a realizarse. Así los objetivos son los propósitos del estudio, expresan el fin que pretende alcanzarse , por tanto, todo el desarrollo del trabajo de investigación se orientará a lograr estos objetivos.

A este respecto, es importante tener en cuenta que la calidad y la pertinencia de los objetivos en una investigación dependen de la calidad del planteamiento (enunciado) y la formulación (preguntas) del problema de investigación  por realizar, lo cual, a sus vez depende del avance que se tenga en el conocimiento del tema y de la propia realidad por estudiar. Esto porque cada aspecto constitutivo de una propuesta de investigación está interrelacionado con los demás.

Los objetivos deben ser claros, precisos, realistas y alcanzables para evitar confusiones o desviaciones; sin embargo, esto no implica que los objetivos no puedan modificarse durante la realización de la investigación, porque  en algunos casos hay que hacerlo.

Puesto que todo objetivo implica la acción que se desea lograr, es importante tener en cuenta que al redactar los objetivos de investigación deben utilizarse verbos en infinitivo.

Otro aspecto muy importante en el momento de plantear los objetivos de investigación es utilizar verbos que puedan lograrse o alcanzarse durante el desarrollo de la investigación. En general, en investigación científica se recomienda utilizar verbos que implican acción reflexiva más que acción operativa. Sería deseable que todos los objetivos propuestos en un estudio pudieran llevarse a la práctica con lo cual se contribuiría a solucionar problemas verdaderos. (Bernal 2016)

                  

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NAT para IPv4

Todas las direcciones IPv4 públicas que se usan en Internet deben registrarse en un registro regional de Internet (RIR). Las organizaciones pueden arrendar direcciones públicas de un proveedor de servicios. El titular registrado de una dirección IP pública puede asignar esa dirección a un dispositivo de red.

Con un máximo teórico de 4300 millones de direcciones, el espacio de direcciones IPv4 es muy limitado. Cuando Bob Kahn y Vint Cerf desarrollaron por primera vez la suite de protocolos TCP/IP que incluía IPv4 en 1981, nunca imaginaron en qué podría llegar a convertirse Internet. En aquel entonces, la computadora personal era, en la mayoría de los casos, una curiosidad para los aficionados, y todavía faltaba más de una década para la aparición de la World Wide Web.

Con la proliferación de los dispositivos informáticos personales y la llegada de la World Wide Web, pronto resultó evidente que los 4300 millones de direcciones IPv4 no serían suficientes. La solución a largo plazo era el protocolo IPv6, pero se necesitaban soluciones más inmediatas para abordar el agotamiento de direcciones. A corto plazo, el IETF implementó varias soluciones, entre las que se incluía la traducción de direcciones de red (NAT) y las direcciones IPv4 privadas definidas en RFC 1918. En este capítulo, se analiza cómo se utiliza NAT combinada con el espacio de direcciones privadas para conservar y usar de forma más eficaz las direcciones IPv4, a fin de proporcionar acceso a Internet a las redes de todos los tamaños.

Espacio de direcciones IPv4 privadas

No existen suficientes direcciones IPv4 públicas para asignar una dirección única a cada dispositivo conectado a Internet. Las redes suelen implementarse mediante el uso de direcciones IPv4 privadas, según se definen en RFC 1918. En la figura siguiente, se muestra el rango de direcciones incluidas en RFC 1918. Es muy probable que la computadora que utiliza para ver este curso tenga asignada una dirección privada.

Nota: Ponemos a sus disposición el documento original del rfc 1918 es muy interesante se le recomienda leerlo. LEER MÁS 

Estas direcciones privadas se utilizan dentro de una organización o un sitio para permitir que los dispositivos se comuniquen localmente. Sin embargo, como estas direcciones no identifican empresas u organizaciones individuales, las direcciones privadas IPv4 no se pueden enrutar a través de Internet. Para permitir que un dispositivo con una dirección IPv4 privada acceda a recursos y dispositivos fuera de la red local, primero se debe traducir la dirección privada a una dirección pública.

Como se muestra en la figura siguiente NAT proporciona la traducción de direcciones privadas a direcciones públicas. Esto permite que un dispositivo con una dirección IPv4 privada acceda a recursos fuera de su red privada, como los que se encuentran en Internet. La combinación de NAT con las direcciones IPv4 privadas resultó ser un método útil para preservar las direcciones IPv4 públicas. Se puede compartir una única dirección IPv4 pública entre cientos o incluso miles de dispositivos, cada uno configurado con una dirección IPv4 privada exclusiva.

Sin NAT, el agotamiento del espacio de direcciones IPv4 habría ocurrido mucho antes del año 2000. Sin embargo, NAT presenta algunas limitaciones, las cuales se analizan más adelante en este capítulo. La solución al agotamiento del espacio de direcciones IPv4 y a las limitaciones de NAT es la transición final a IPv6.

¿Qué es NAT?

NAT tiene muchos usos, pero el principal es conservar las direcciones IPv4 públicas. Esto se logra al permitir que las redes utilicen direcciones IPv4 privadas internamente y al proporcionar la traducción a una dirección pública solo cuando sea necesario. NAT tiene el beneficio adicional de proporcionar cierto grado de privacidad y seguridad adicional a una red, ya que oculta las direcciones IPv4 internas de las redes externas.

Los routers con NAT habilitada se pueden configurar con una o más direcciones IPv4 públicas válidas. Estas direcciones públicas se conocen como “conjunto de NAT”. Cuando un dispositivo interno envía tráfico fuera de la red, el router con NAT habilitada traduce la dirección IPv4 interna del dispositivo a una dirección pública del conjunto de NAT. Para los dispositivos externos, todo el tráfico entrante y saliente de la red parece tener una dirección IPv4 pública del conjunto de direcciones proporcionado.

En general, los routers NAT funcionan en la frontera de una red de rutas internas. Una red de rutas internas es aquella que tiene una única conexión a su red vecina, una entrada hacia la red y una salida desde ella. En el ejemplo de la ilustración, el R2 es un router de frontera. Visto desde el ISP, el R2 forma una red de rutas internas.

Cuando un dispositivo dentro de la red de rutas internas desea comunicarse con un dispositivo fuera de su red, el paquete se reenvía al router de frontera. El router de frontera realiza el proceso de NAT, es decir, traduce la dirección privada interna del dispositivo a una dirección pública, externa y enrutable.

Nota: la conexión al ISP puede utilizar una dirección privada o pública compartida entre clientes. 

Terminología de NAT

Según la terminología de NAT, la red interna es el conjunto de redes sujetas a traducción. La red externa se refiere a todas las otras redes.

Al utilizar NAT, las direcciones IPv4 se designan de distinto modo, según si están en la red privada o en la red pública (Internet), y si el tráfico es entrante o saliente.

NAT incluye cuatro tipos de direcciones:

  • Dirección local interna
  • Dirección global interna
  • Dirección local externa
  • Dirección global externa

Al determinar qué tipo de dirección se utiliza, es importante recordar que la terminología de NAT siempre se aplica desde la perspectiva del dispositivo con la dirección traducida:

  • Dirección interna: la dirección del dispositivo que se traduce por medio de NAT.
  • Dirección externa: la dirección del dispositivo de destino.

NAT también usa los conceptos de local o global con relación a las direcciones:

  • Dirección local: cualquier dirección que aparece en la porción interna de la red.
  • Dirección global: cualquier dirección que aparece en la porción externa de la red.

En la ilustración, la PC1 tiene la dirección local interna 192.168.10.10. Desde la perspectiva de la PC1, el servidor web tiene la dirección externa 209.165.201.1. Cuando se envían los paquetes de la PC1 a la dirección global del servidor web, la dirección local interna de la PC1 se traduce a 209.165.200.226 (dirección global interna). En general, la dirección del dispositivo externo no se traduce, ya que suele ser una dirección IPv4 pública.

Observe que la PC1 tiene distintas direcciones locales y globales, mientras que el servidor web tiene la misma dirección IPv4 pública en ambos casos. Desde la perspectiva del servidor web, el tráfico que se origina en la PC1 parece provenir de 209.165.200.226, la dirección global interna.

El router NAT, el R2 en la ilustración, es el punto de demarcación entre las redes internas y externas, así como entre las direcciones locales y globales.

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Configuración de interfaz virtual de switch

Para acceder al switch de manera remota, se deben configurar una dirección IP y una máscara de subred.

Para está práctica configuraremos el dispositivo intermediario “Catalyst 1900 series” para lo cual es necesario que tenga a la mano lo siguiente:

1.- El dispositivo intermediario

2.- El cable de consola 

3.- El cable de energía eléctrica

4.- El programa de hyperterminal 

Nota: es importante que antes de iniciar la configuración debe tener instalado el programa de hyperterminal. 

Como usted se dará cuenta el cable de consola(azul)tiene por un extremo un conector RJ45 y por el otro extremo un conector DB9 y actualmente los dispositivos finales(computadoras) carecen del puerto mencionado por lo cual es necesario que utilice un adaptador DB9  a USB.   

Ahora conecte el cable de consola en el puerto denominado CONSOLE ubicado en la parte trasera del dispositivo intermediario y el conector USB a su dispositivo final.

Muy bien lo que sigue es iniciar su programa de hyperterminal usted verá la siguiente pantalla escriba practica y posteriormente enter , ahora seleccione el puerto com dependiendo de los que tenga utilizados en su dispositivo final será el número en este caso el el 4.

 

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Es muy probable que no tenga a la mano el manual para ver la configuración correcta, por lo tanto si solo presiona el botón de aceptar y la configuración no es la correcta la información del sistema operativo no será comprensible, para solucionar esta situación  presione el botón restaurar predeterminado. Excelente presione aceptar y estará dentro del sistema operativo.

Nota: si la pantalla esta en blanco presione aceptar y listo ya esta dentro del sistema operativo. El Password es 2022 

   

Ahora del presente menú usted debe seleccionar la letra (N) que habilitara la administración de la red…  

Excelente entonces ahora seleccione la letra (I) para ingresar a la configuración del protocolo de internet

Todo perfecto ahora solo queda por actualizar los valores de su protocolo de internet  de su nueva red presionando las letras correspondientes para cada componente del  protocolo. Al termino de su configuración salga de su aplicación y quite el cable de consola posteriormente conecte el cable ethernet a su dispositivo final e ingrese a través del navegador al dispositivo intermediario y ponga el la contraseña 2022.  

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Finalmente termino el resultado será mirar la interfaz gráfica de su dispositivo intermediario…

 

Felicidades termino su práctica de laboratorio. 

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Dispositivos finales

 

 

Los dispositivos de red con los que la gente está más familiarizada se denominan dispositivos finales. Estos dispositivos constituyen la interfaz entre la red humana y la red de comunicación subyacente. Algunos ejemplos de dispositivos finales son:

    1.-Computadoras (estaciones de trabajo, computadoras portátiles, servidores de  archivos, servidores Web, Servidores ftp, etc.)

    2.-Impresoras de red.

    3.-Teléfonos VoIP.

    4.-Cámaras de seguridad.

    5.-Dispositivos móviles de mano (como escáneres de barras inalámbricos,                         asistentes digitales personales (PDA)).

 

En el contexto de una red, los dispositivos finales se denominan host. Un dispositivo host puede ser el origen o el destino de un mensaje transmitido a través de la red. Para distinguir un host de otro, cada host en la red se identifica por una dirección. Cuando un host inicia una comunicación, utiliza la dirección del host de destino para especificar dónde debe ser enviado el mensaje.

 En las redes modernas, un host puede funcionar como un cliente, como un servidor o como ambos. El software instalado en el host determina qué rol representa en la red.

Los servidores son hosts que tienen software instalado que les permite proporcionar información y servicios, como e-mail o páginas Web, a otros hosts en la red.

Los clientes son hosts que tienen software instalado que les permite solicitar y mostrar la información obtenida del servidor.