Algoritmos de enrutamiento
- 1. UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE COLOMBIA TRABAJO DE GRADO: DISEÑO DE UNA INTERFAZ GRÁFICA PARA EL ANÁLISIS DE ALGORITMOS DE ENRUTAMIENTO UTLIZANDO EL PROTOCOLO RIP v2, POR MEDIO DE LA PLATAFORMA JAVA. ALGORITMOS DE ENRUTAMIENTO
- 2. ALGORITMOSDEENRUTAMIENTO La función principal de la capa de red es enrutar paquetes de un punto a otro (de un equipo a otro), y esta utiliza algoritmos que eligen las rutas por donde transitan los diferentes paquetes, así como las estructuras de datos que usan estos, estos anteriores se conocen como algoritmos de enrutamiento. Una definición sencilla de los algoritmos de enrutamiento es que son los encargados de decidir la línea de salida y camino por la que se transmitirá un paquete de información determinado en la capa de red. Estos algoritmos utilizan tablas en donde se encuentra la información de sus vecinos (otros equipos o puntos de la red) pesos de los caminos y otros datos de importancia para la red. El enrutamiento esel proceso que consiste en tomar la decisión de cualesrutas utilizar para dirigir un paquete de información. Se puede considerar entonces que un enrutador realiza dos procesos internos. Uno de ellos maneja cada paquete conforme llega, buscando en las tablas de enrutamiento la línea de salida por la cual se enviará. Este proceso se conoce como reenvío. El otro proceso es responsable de llenar y actualizar las tablas de enrutamiento, es allí donde entra en acción el algoritmo de enrutamiento. A continuación estudiaremos brevemente algunos algoritmos de enrutamiento y sus formas básicas de funcionamiento. Los anteriores son: Enrutamiento por la ruta más corta. Inundación. Enrutamiento por vector de distancia. Enrutamiento por estado del enlace. Enrutamiento jerárquico. Enrutamiento por difusión. Enrutamiento por multidifusión. Enrutamiento para hosts móviles. Enrutamiento en redes ad hoc. Búsqueda en nodos de redes de igual a igual. 7.1.1 Enrutamiento por la ruta más corta. Esta forma de enrutamiento consiste en armar un grafo de la subred, en el que cada nodo representa un enrutador y cada arco del grafo una línea de comunicación (con frecuencia llamada enlace). Para elegir una ruta entre un par dado de enrutadores, el algoritmo simplemente encuentra en el grafo la ruta más corta entre ellos. Ej. Algoritmo de Dijkstra.
- 3. 7.1.2 Inundación. Este es un algoritmo de tipo estático el cual consiste en que cada paquete de entrada se envía por cada una de las líneas de salida, excepto aquella por la que llegó (en forma de difusión (hacia todas las direcciones posibles desde un nodo)). Existe una variación de la inundación, llamada inundación selectiva, que consiste en un algoritmo en el que los enrutadores no envían cada paquete de entrada por todas las líneas, sino solo por aquellas que van aproximadamente en la dirección correcta. 7.1.3 Enrutamiento por vector de distancia. Este tipo de algoritmo de enrutamiento es dinámico, el cual opera haciendo que cada enrutador mantenga una tabla (es decir, un vector) que da la mejor distancia conocida a cada destino y la línea que se puede usar para llegar ahí. Estas tablas se actualizan intercambiando información con los vecinos. Cada enrutador mantiene una tabla de enrutamiento indizada por, y conteniendo un registro de, cada enrutador de la subred. Esta entrada comprende dos partes: la línea preferida de salida hacia ese destino y una estimación del tiempo o distancia a ese destino. 7.1.4 Enrutamiento por estado del enlace. Este tipo de enrutamiento es dinámico y es una evolución del enrutamiento por vector de distancia puesto que el anterior tiene un bajo rendimiento y falencias respecto a los retardos, ancho de banda entre otros, dado lo anterior se modelo un algoritmo en donde los enrutadores deberían cumplir cinco características específicas, estas son: Descubrir a sus vecinos y conocer sus direcciones de red. Medir el retardo o costo para cada uno de sus vecinos. Construir un paquete que indique todo lo que acaba de aprender. Enviar este paquete a todos los demás enrutadores. Calcular la ruta más corta a todos los demás enrutadores.
- 4. CARACTERISTICASDELOS ALGORITMOSDEENRUTAMIENTO Un algoritmo de enrutamiento debe tener en cuenta HO cinco características generales, debe ser óptimo, sencillo, robusto, de rápida convergencia y flexible. Óptimo. Hace referencia a la habilidad del algoritmo de seleccionar la mejor ruta, donde la mejor ruta depende de la métrica que se use para calcularla. Cada protocolo define y sigue en forma estricta su algoritmo y su métrica para cálculos de rutas. Sencillez. Los algoritmos de enrutamiento debe ser definidos de la forma mas sencilla posible, esta sencillez es realmente importante cuando éste se desarrolla en software. El software debe ser eficiente y funcional, también es necesario tener en cuenta que el tiempo de procesamiento en cada nodo debe ser lo mas corto posible. Robusto. Los algoritmos deben estar diseñados para solucionar problemas imprevistos, especialmente cambiostopológicospor daño en losenlaces. Es necesario que trabajen de forma apropiada frente a sobrecargas en la red, así como de forma estable y adaptarse dinámica a las condiciones de la red. Rápida convergencia. La convergencia en un algoritmo se dicta por la rapidez con la cual los enrutadores (router) establecen sus rutas y de una manera estable. Ante los cambios o problemas en la red, el algoritmo debe percatarse rápidamente y reaccionar con agilidad. Si el algoritmo posee una convergencia lenta generalmente produce loops y caídas de la red. Flexibles. Losalgoritmo se deben acomodar de una forma rápida y eficiente a una gran variedad de eventos en la red, como: o Ancho de banda del canal. o Tamaño de las colas del enrutador. o Retardos en la red. Los algoritmos de enrutamiento pueden agruparse básicamente en dos clases principales: no adaptivos y adaptivos. GRÁFICA 1. CATEGORIAS DE LOS ALGORITMOS DE ENRUTAMIENTO
- 5. No adaptivos: Estosalgoritmosno basan susdecisionesde enrutamiento en mediciones o estimaciones del tráfico y la topología actual, su decisión acerca de que ruta usar para llegar de un punto a otro, se toma por adelantado, fuera de línea, y se carga en los enrutadores al arrancar la red. Este procedimiento se conoce como enrutamiento estático. Adaptivos: Estos algoritmos a diferencia de los anteriores cambian sus decisiones de enrutamiento para reflejar los cambios de topología, tráfico, entre otros cambios de la red. Sin embargo, la clasificación de los algoritmos de enrutamiento puede hacerse de la siguiente manera: Dinámicos Estáticos Single Path Multi Path Planos Jerárquicos. Inter-dominio Intra-dominio De estado de Enlace De vector distancia. A continuación se dan unas tablas en donde se muestran las características de los diferentes algoritmos de enrutamiento. Algoritmos Estáticos Algoritmos Dinámicos Las tablas de enrutamiento son establecidas por el administrador de la red. Estas solo se modifican por el administrador de la red y no se adaptan a cambios dinámicos en la red. Es muy simple de diseñar e implementar Aplicada en redes pequeñas, de diseño simple y con alto tráfico. Los sistemas estáticos no operan bien en un ambiente de rápido crecimiento o cambios rápidos. Las tablas de enrutamiento no responden completamente en caso de fallas, ya que los enrutadores de respaldo usan los recursos del dispositivo o de red con problemas. Un cambio físico de la topología hace que todos los enrutadores de la red deban ser modificados manualmente. Los errores de configuración en las tablas estáticas puede que no sean fáciles de encontrar o arreglar. Estos se adaptan en forma dinámica y en tiempo real a las distintas circunstancias de la red. Utilizan información de actualización de recibidos. El software de enrutamiento recalcula rutas y envía mensajes de actualización. Los enrutadores se comunican entre si e intercambian información de enrutamiento. Sus esquemas incorporan un nuevo cambio de la red por medio de adición o retiro de las entradas en sus tablas de enrutamiento. Estos algoritmos responden automáticamente a la congestión de la red o cambios de la topología física. Existen dos tipos de algoritmos de enrutamiento dinámicos que calculan el camino al más corto nodo destino. Uno esta basado en el concepto de vector distancia Distance Vector , el otro esta basado en el estado del enlace Link State .
- 6. Todos los algoritmos usan métricas para escoger el mejor camino a su destino. De acuerdo a cual de estos caminos posea la métrica mas baja, para lo cual se usa: Número de saltos. Retardo en la transmisión. La capacidad de la línea. Tabla 1. Algoritmo Estático vs. Dinámico Algoritmos Single Path Algoritmos Multi- Path Solo definen una ruta para comunicar un nodo origen con un nodo destino. Soportan múltiples rutas entre un nodo fuente y un nodo destino. Permiten distribuir y balancear el tráfico entre las múltiples líneas. Proveen a la red con características de mejor desempeño y mayor disponibilidad Tabla 2. Algoritmo Single-Path vs. Multi-Path Algoritmos Planos Algoritmos Jerárquicos Estos algoritmos estructuran a la red en forma plana. Todos los nodos o enrutadores están en el mismo nivel de jerarquía. Todos intercambian información de enrutamiento. Se establecen grupos jerárquicos alrededor del Backbone. Designan grupos lógicos llamados dominios, sistemas autónomos o áreas. Algunos enrutadores pueden comunicarse entre dominios y otros solo en su dominio. Se adapta a la estructura de la empresa. Tabla 3. Algoritmo Plano vs. Jerárquico Algoritmos Intra-dominio Algoritmos Inter-dominio Solo trabajan dentro de cada dominio. Están diseñados para conectar dominios. Tabla 4. Algoritmo Intra-dominio vs. Inter-dominio
- 7. Algoritmos de Estado de Enlace Algoritmos de Vector Distancia Cada enrutador envía a todoslos nodos en la red información del estado de enlace con sus vecinos. Los mensajes de actualización son pequeños pero se replican por toda la red. Requieren más maquina. Tienen mejor convergencia. En este tipo de algoritmo el enrutador debe conocer la topología total de la red para calcular el camino mas corto a cada una de las redes de destino. Cada enrutador hace un Broadcast a cada uno de los otros enrutadores de la red. Estos mensajes contienen el estado de cada uno de los enlaces directamente conectados a cada puerto. Las rutas son consistentes, porque cada nodo esta usando exactamente el mismo algoritmo de enrutamiento y la misma base de datos. Cada nodo tiene la información necesaria para calcular la ruta con el costo mínimo. Usa excesiva cantidad de memoria y sobrecarga de comunicaciones es requerida para que redes grandes puedan trabajar. Ya que cada enrutador debe mantener una base de datos conteniendo el total de la topología de la red. Este algoritmo requiere una gran cantidad de tiempo de CPU. Cada enrutador mantiene una vista consciente de la red eliminando el problema de los ciclos y convergencia lenta. Enrutadores con información errónea son fáciles de detectar, porque cada uno mantiene una base de datos idéntica. Para redes muy grandes este sistema permite crear sistemas autónomos y el estado de la red es calculado solo para el sistema local. Cada enrutador envía toda su tabla de enrutamiento (incluye a sus vecinos y a todos los nodos de la red que conozca) Los mensajes de actualización son de gran tamaño pero solo los envía a sus vecinos. Requiere menos máquina. Son un poco más lentos. Un problema es el de la transmisión de malas noticias por la red tales como la ruptura de un enlace o la desaparición de un nodo. Este algoritmo converge lentamente en estos casos. Aunque el principal inconveniente de este algoritmo es el de la cuenta a infinito. El problema masfrecuente en este tipo de algoritmo es la cuenta a infinito, donde se hace que los costes o distancias se incrementen indefinidamente sin que el algoritmo llegue a converger nunca. Tabla 5. Algoritmo Estado de Enlace vs. Vector distancia
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