UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE CARTAGENA ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA DE TELECOMUNICACIÓN Estudio y evaluación de algoritmos de encaminamiento IP empleando routers Teldat Autor Juan Pedro Muñoz Gea Director José María Malgosa Sanahuja Ingeniería Técnica de Telecomunicación, especialidad Telemática Cartagena, Septiembre 2003 II Tabla de Contenido MOTIVACIONES Y OBJETIVOS..............................................................................1 MOTIVACIONES................................................................................................................1 OBJETIVOS........................................................................................................................2 CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN AL PROTOCOLO IP.........................................3 1.1 INTERNET Y EL CONJUNTO DE PROTOCOLOS TCP/IP...............................................3 1.2 INTRODUCCIÓN AL PROTOCOLO IP...........................................................................3 1.3 DIRECCIONES IP.........................................................................................................4 1.3.1 TRES TIPOS PRIMARIOS DE DIRECCIONES IP...............................................................4 1.3.2 DIRECCIONES DE RED Y DE DIFUSIÓN........................................................................5 1.3.3 DIRECCIÓN LOOPBACK..............................................................................................6 1.3.4 DEBILIDADES DEL DIRECCIONAMIENTO IP................................................................6 1.3.5 SUBNETTING.............................................................................................................7 1.3.6 DIRECCIONAMIENTO CLASSLESS..............................................................................7 1.3.7 DIRECCIONAMIENTO PRIVADO Y NAT......................................................................9 1.4 EL DATAGRAMA IP...................................................................................................10 1.5 FRAGMENTACIÓN Y REENSAMBLADO......................................................................11 1.5.1 FRAGMENTACIÓN....................................................................................................12 1.5.2 REENSAMBLADO DE FRAGMENTOS..........................................................................12 1.5.3 CONTROL DE FRAGMENTACIÓN...............................................................................12 1.6 IP ROUTING..............................................................................................................13 1.6.1 ENTREGA DIRECTA E INDIRECTA.............................................................................13 1.6.2 TABLAS DE ENCAMINAMIENTO...............................................................................13 1.6.3 ALGORITMOS DE ENCAMINAMIENTO.......................................................................14 CAPÍTULO 2: INTRODUCCIÓN AL ROUTER NUCLEOX PLUS......................15 2.1 INTRODUCCIÓN.........................................................................................................15 2.2 CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS..................................................................................16 2.3 CONFIGURACIÓN......................................................................................................17 2.4 CONFIGURACIÓN DE LAS INTERFACES....................................................................19 CAPÍTULO 3: TECNOLOGÍAS WAN: PPP............................................................23 3.1 INTRODUCCIÓN A LAS TECNOLOGÍAS WAN............................................................23 3.2 EL PROTOCOLO PPP................................................................................................24 3.3 COMPONENTES PRINCIPALES...................................................................................25 3.3.1 ENCAPSULACIÓN PPP.............................................................................................26 3.3.2 LINK CONTROL PROTOCOL.....................................................................................27 3.3.2.1 Formato de los paquetes LCP.............................................................................28 3.3.2.2 Opciones de configuración de LCP....................................................................29 III 3.3.3 PROTOCOLOS DE AUTENTICACIÓN...........................................................................31 3.3.3.1 Password Authentication Protocol (PAP)...........................................................31 3.3.3.2 Challenge-Handshake Authentication Protocol (CHAP)...................................32 3.3.4 PROTOCOLOS DE CONTROL DE RED (NCP)..............................................................34 3.3.4.1 Opciones de configuración IPCP........................................................................35 3.5 DESARROLLO PRÁCTICO..........................................................................................35 3.5.1 DEFINIR UN INTERFAZ PPP SOBRE LÍNEA SERIE EN FORMATO SÍNCRONO................35 3.5.1.1 Montaje de la red................................................................................................35 3.5.1.2 Configuración del interfaz LAN.........................................................................36 3.5.1.3 Configuración de la línea serie con PPP.............................................................37 3.5.1.4 Configuración de las tablas de encaminamiento.................................................37 3.5.1.5 Parámetros del protocolo PPP.............................................................................38 3.5.1.6 Comprobación de conexión en el enlace PPP.....................................................41 3.5.2 AGREGAR UN INTERFAZ PPP SOBRE UN INTERFAZ DE COMANDOS AT....................42 3.5.2.1 El interfaz de comandos AT...............................................................................42 3.5.2.2 Configuración de los equipos.............................................................................43 Montaje de la red............................................................................................................43 Configuración del NUCLEOX PLUS.............................................................................44 Configuración del interfaz PPP.......................................................................................45 Configuración del interfaz de comandos AT..................................................................46 Asignación de direcciones IP a los PC Linux.................................................................46 Configuración de las tablas de encaminamiento de los PC Linux..................................47 Comprobación.................................................................................................................47 3.5.3 AGREGAR UN INTERFAZ PPP SOBRE UN ACCESO BÁSICO RDSI..............................47 3.5.3.1 Introducción........................................................................................................47 3.5.3.2 Configuración del interfaz usuario-red...............................................................48 3.5.3.3 Trama de nivel físico..........................................................................................50 3.5.3.4 Servicios RDSI...................................................................................................51 3.5.3.5 El protocolo PPP en RDSI..................................................................................52 Multilink Protocol...........................................................................................................52 3.5.3.6 Configuración de los equipos.............................................................................52 Montaje de la red............................................................................................................52 Configuración del NUCLEOX PLUS.............................................................................53 Configuración del interfaz PPP.......................................................................................54 Asignación de direcciones IP a los PC Linux y Configuración de las tablas de encaminamiento de los PC Linux...................................................................................55 CAPÍTULO 4: TECNOLOGÍAS WAN: FRAME RELAY.....................................57 4.1 INTRODUCCIÓN.........................................................................................................57 4.2 ESTANDARIZACIÓN DE FRAME RELAY....................................................................57 4.3 DISPOSITIVOS FRAME RELAY..................................................................................57 4.4 CIRCUITOS VIRTUALES FRAME RELAY...................................................................58 4.4.1 CIRCUITOS VIRTUALES CONMUTADOS....................................................................59 4.4.2 CIRCUITOS VIRTUALES PERMANENTES...................................................................59 4.4.3 DLCI......................................................................................................................60 4.4.3.1 Asignación de DLCI...........................................................................................60 4.4.3.2 Funcionamiento de los conmutadores.................................................................60 4.5 FORMATO DE LA TRAMA..........................................................................................61 4.6 PARÁMETROS DE SERVICIO.....................................................................................62 IV 4.6.1 CIR (COMITTED INFORMATION RATE)...................................................................62 4.6.2 COMITTED BURST SIZE (B )....................................................................................62 C 4.6.3 EXCESS BURST SIZE (B ).......................................................................................63 E 4.7 MECANISMOS DE CONTROL DE CONGESTIÓN.........................................................63 4.7.1 MONITORIZACIÓN DEL CIR.....................................................................................64 4.7.2 MONITORIZACIÓN DE SOBRECARGA.......................................................................64 4.7.3 COMPROBACIÓN DE ERRORES DE FRAME RELAY....................................................64 4.8 LMI..........................................................................................................................64 4.8.1 FORMATO DE LA TRAMA LMI.................................................................................65 4.9 GESTIÓN DE LA RED FRAME RELAY........................................................................66 4.9.1 INFORME DEL ESTADO DE GESTIÓN.........................................................................66 4.10 DESARROLLO PRÁCTICO........................................................................................66 4.10.1 DEFINIR UN INTERFAZ FRAME RELAY SOBRE LÍNEA SERIE....................................66 4.10.1.1 Montaje de la red..............................................................................................66 4.10.1.2 Configuración del NUCLEOX PLUS...............................................................67 4.10.1.3 Configuración del interfaz Frame Relay...........................................................68 4.10.1.4 Asignación de direcciones IP a los PC Linux y configuración de las tablas de encaminamiento..............................................................................................................70 4.10.1.5 Comprobación...................................................................................................70 4.10.1.6 Medidas tomadas..............................................................................................70 4.10.2 DEFINIR UN INTERFAZ FRAME RELAY SOBRE RDSI..............................................71 4.10.2.1 Montaje de la red..............................................................................................71 4.11.2.2 Configuración del NUCLEOX PLUS...............................................................71 4.10.2.3 Configuración del interfaz Frame Relay sobre RDSI.......................................72 4.10.2.4 Asignación de direcciones IP a los PC Linux...................................................73 4.10.2.5 Configuración de las tablas de encaminamiento de los PC Linux....................73 CAPÍTULO 5: NAT......................................................................................................75 5.1 INTRODUCCIÓN.........................................................................................................75 5.2 FUNCIONAMIENTO NAT..........................................................................................75 5.3 NAT EXTENDIDO.....................................................................................................76 5.4 MANIPULACIÓN DE ENCABEZADOS IP, TCP, UDP E ICMP..................................77 5.5 RECOMENDACIÓN PARA EL ESPACIO DE DIRECCIÓN PRIVADO...............................77 5.6 ENCAMINAMIENTO A TRAVÉS DE NAT....................................................................77 5.7 LIMITACIONES DE PRIVACIDAD Y SEGURIDAD.........................................................78 5.8 TRADUCCIÓN DE PAQUETES SALIENTES FRAGMENTADOS TCP/UDP EN CONFIGURACIÓN NAT EXTENDIDO...............................................................................78 5.9 IMPLEMENTACIONES ACTUALES..............................................................................78 5.10 DESARROLLO PRÁCTICO........................................................................................78 5.10.1 MONTAJE DE LA RED.............................................................................................78 5.10.2 NAT.....................................................................................................................79 5.10.3 COMPROBACIÓN...................................................................................................79 CAPÍTULO 6: VOZ SOBRE IP..................................................................................81 6.1 INTRODUCCIÓN.........................................................................................................81 6.2 TELEFONÍA IP FRENTE A LA TELEFONÍA TRADICIONAL.........................................82 6.2.1 MUESTREO DIGITAL................................................................................................82 V 6.2.2 DETECCIÓN DE LA ACTIVIDAD DE LA VOZ (VAD)...................................................82 6.2.3 CONVERSIÓN DIGITAL A ANALÓGICO......................................................................83 6.3 PROTOCOLOS DE TRANSPORTE................................................................................83 6.4 RECOMENDACIÓN H.323..........................................................................................84 6.4.1 ARQUITECTURA......................................................................................................84 6.4.1.1 Terminales..........................................................................................................84 6.4.1.2 Gatekeepers.........................................................................................................85 6.4.1.3 Gateways.............................................................................................................85 6.5 CONJUNTO DEL PROTOCOLO H.323.........................................................................85 6.6 CALIDAD...................................................................................................................86 6.6.1 RETRASO/LATENCIA...............................................................................................86 6.6.2 VARIACIÓN DEL RETARDO......................................................................................87 6.6.3 COMPRESIÓN DE VOZ..............................................................................................87 6.6.4 ECO.........................................................................................................................88 6.7 VENTAJAS E INCONVENIENTES.................................................................................88 6.7.1 VENTAJAS...............................................................................................................88 6.7.2 INCONVENIENTES....................................................................................................89 6.8 DESARROLLO PRÁCTICO..........................................................................................89 6.8.1 VOZ SOBRE IP A TRAVÉS DE UN INTERFAZ SERIE FRAME-RELAY............................89 6.8.1.1 Montaje de la red................................................................................................89 6.8.1.2 Configuración Frame-Relay ...............................................................................90 6.8.1.3 Configuración de Voz sobre IP...........................................................................90 6.8.1.4 Evaluación de la calidad.....................................................................................93 6.8.2 VOZ SOBRE IP A TRAVÉS DE UN INTERFAZ LAN ETHERNET...................................94 6.8.2.1 Montaje de la red................................................................................................94 6.8.2.2 Configuración de Voz sobre IP...........................................................................95 6.8.3.3 Evaluación de la calidad.....................................................................................95 CAPÍTULO 7: RIP.......................................................................................................97 7.1 INTRODUCCIÓN.........................................................................................................97 7.2 SISTEMAS AUTÓNOMOS...........................................................................................97 7.3 INTERIOR GATEWAY PROTOCOL (IGP)..................................................................98 7.3.1 ALGORITMOS VECTOR-DISTANCIA (BELLMAN-FORD)...........................................98 7.3.2 ALGORITMOS ENLACE-ESTADO (SPF)....................................................................99 7.4 EL PROTOCOLO RIP.................................................................................................99 7.4.1 PROBLEMÁTICA RIP.............................................................................................100 7.4.2 SOLUCIÓN AL PROBLEMA DE LA CONVERGENCIA LENTA......................................101 7.4.3 FORMATO DEL MENSAJE RIP.................................................................................102 7.4.4 CONVENCIONES DE DIRECCIONAMIENTO RIP........................................................103 7.4.5 TRANSMISIÓN DE MENSAJES RIP..........................................................................103 7.5 DESARROLLO PRÁCTICO........................................................................................103 7.5.1 MONTAJE DE LA RED.............................................................................................103 7.5.2 CONFIGURACIÓN DE LAS INTERFACES DEL ROUTER...............................................104 7.5.3 CONFIGURACIÓN DEL PROTOCOLO RIP.................................................................104 7.5.4 VISUALIZACIÓN DE LAS RUTAS APRENDIDAS........................................................107 7.5.5 FALLOS EN LA RED................................................................................................107 VI CAPÍTULO 8: BACKUP DE REDES WAN...........................................................109 8.1 INTRODUCCIÓN.......................................................................................................109 8.2 WRR (WAN REROUTE)........................................................................................110 8.2.1 FUNCIONAMIENTO................................................................................................111 8.2.1.1 Estado de los Enlaces........................................................................................112 8.2.1.2 Eventos..............................................................................................................112 8.2.1.3 Estado del Backup WRR en el enlace Secundario............................................112 8.2.1.4 Proceso de Backup WRR..................................................................................113 8.3 WRS (WAN RESTORAL).......................................................................................113 8.4 DESARROLLO PRÁCTICO........................................................................................114 8.4.1 CONFIGURACIÓN DE BACKUP DE PPP SÍNCRONO POR PPP SOBRE RDSI, UTILIZANDO WRR.............................................................................................................................114 8.4.1.1 Montaje de la red..............................................................................................114 8.4.1.2 Configuración de las interfaces del router........................................................115 8.4.1.3 Configuración del Backup WRR......................................................................116 8.4.1.4 Comprobación del funcionamiento...................................................................118 8.4.2 CONFIGURACIÓN DE BACKUP DE FRAME RELAY POR RDSI, UTILIZANDO WRS...118 8.4.2.1 Montaje de la red..............................................................................................118 8.4.2.2 Configuración de los interfaces del router........................................................119 8.4.2.3 Asociar el interfaz principal Frame Relay al enlace de backup de Frame Relay secundario.....................................................................................................................121 8.4.2.4 Comprobación del funcionamiento...................................................................121 CONCLUSIONES......................................................................................................123 BIBLIOGRAFÍA........................................................................................................125 VII Lista de Figuras Figura 1.1: Las cinco formas de direccionamiento IP......................................................5 Figura 1.2: Formas especiales de direcciones IP..............................................................6 Figura 1.3: Ejemplo de direccionamiento Classless.........................................................9 Figura 1.4: Formato de un datagrama IP........................................................................10 Figura 1.5: Campo Type Of Service...............................................................................10 Figura 2.1: Procesos del Router Nucleox Plus...............................................................18 Figura 2.2: Comandos de los diferentes procesos...........................................................18 Figura 2.3: Equipos virtuales del Nucleox Plus..............................................................19 Figura 2.4: Estado Inicial del Nucleox Plus...................................................................20 Figura 2.5: Ejemplo de Configuración...........................................................................21 Figura 2.6: Ejemplo de Estado........................................................................................21 Figura 3.1: Formato del paquete PPP.............................................................................26 Figura 3.2: Fases de establecimiento del enlace.............................................................27 Figura 3.3: Formato de los paquetes LCP.......................................................................28 Figura 3.4: Formato de una opción de configuración.....................................................30 Figura 3.5: Formato de un paquete PAP.........................................................................31 Figura 3.6: Formato de un paquete CHAP.....................................................................33 Figura 3.7: Formato de un paquete IPCP........................................................................34 Figura 3.8: Formato de las opciones de configuración IPCP.........................................35 Figura 3.9: Topología de red...........................................................................................36 Figura 3.10: Topología con direcciones IP.....................................................................38 Figura 3.11: Topología de red.........................................................................................44 Figura 3.12: Topología con direcciones IP.....................................................................45 Figura 3.13: Configuración de referencia.......................................................................49 Figura 3.14: Configuración punto a punto......................................................................49 Figura 3.15: Configuración bus pasivo corto..................................................................49 Figura 3.16: Configuración bus pasivo extendido..........................................................50 Figura 3.17: Formato de la trama física en RDSI...........................................................50 Figura 3.18: Topología de red.........................................................................................52 Figura 3.19: Topología de red con direcciones IP..........................................................54 Figura 4.1: Red Frame Relay..........................................................................................58 Figura 4.2: Cabecera con un DLCI de 10 bits................................................................61 Figura 4.3: Cabecera con un DLCI de 17 bits................................................................61 Figura 4.4: Cabecera con un DLCI de 24 bits................................................................61 Figura 4.5: Cabecera de la trama LMI............................................................................65 Figura 4.6: Formato de la trama LMI.............................................................................65 Figura 4.7: Topología de red...........................................................................................67 Figura 4.8: Topología de red con direcciones IP............................................................67 Figura 4.9: Topología de red...........................................................................................71 Figura 5.1: Mecanismo NAT..........................................................................................76 Figura 5.2: Topología de red...........................................................................................79 Figura 5.3: Topología de red con direcciones IP............................................................79 Figura 6.1: Cabecera RTP...............................................................................................83 Figura 6.2: Capas del conjunto del protocolo H.323......................................................86 Figura 6.3: Voz sobre IP a través de un interfaz Frame-Relay.......................................90 VIII Figura 6.4: Voz sobre IP a través de un interfaz LAN Ethernet.....................................95 Figura 7.1: Problema de la Convergencia Lenta...........................................................101 Figura 7.2: Problema de la Convergencia Lenta...........................................................101 Figura 7.3: Formato del mensaje RIP...........................................................................102 Figura 7.4: Topología de Red.......................................................................................104 Figura 8.1: Ejemplo de WRR.......................................................................................110 Figura 8.2: Ejemplo de WRR.......................................................................................111 Figura 8.3: Ejemplo de WRS........................................................................................113 Figura 8.4: Funcionamiento de WRS...........................................................................114 Figura 8.5: Topología de red.........................................................................................115 Figura 8.6: Topología de red con direcciones IP..........................................................116 Figura 8.7: Topología de red.........................................................................................118 Figura 8.8: Topología de red con direcciones IP..........................................................119 IX Lista de Tablas Tabla 1.1: Rango de direcciones IP..................................................................................5 Tabla 1.2: Número de subredes posibles..........................................................................7 Tabla 1.3: Número de hosts en función del prefijo CIDR................................................8 Tabla 1.4: Tabla de encaminamiento con direccionamiento Classless.............................9 Tabla 1.5: Direccionamiento privado...............................................................................9 Tabla 3.1: Valores del campo PROTOCOLO................................................................26 Tabla 3.2: Valores del campo CÓDIGO.........................................................................28 Tabla 3.3: Opciones de configuración LCP....................................................................30 Tabla 3.4: Valores del campo CÓDIGO en un paquete PAP.........................................32 Tabla 3.5: Valores del campo CÓDIGO en el paquete CHAP.......................................33 Tabla 3.6: Valores del campo CÓDIGO en un paquete IPCP........................................34 Tabla 3.7: Ejemplo de tabla de encaminamiento............................................................38 Tabla 3.8: Ejemplo de tabla de encaminamiento............................................................45 Tabla 4.1: Asignación de DLCI......................................................................................60 Tabla 4.2: Tabla de encaminamiento de un conmutador................................................61 Tabla 6.1: Codecs de compresión...................................................................................88 Tabla 7.1: Ejemplo de Tabla Inicial................................................................................98 Tabla 7.2: Campo COMANDO del mensaje RIP.........................................................103 Tabla 8.1: Tablas de encaminamiento de los routers....................................................110 Tabla 8.2: Tablas de encaminamiento de los routers....................................................111 Tabla 8.3: Tablas de encaminamiento de los routers....................................................114 Tabla 8.4: Tablas de encaminamiento de los routers....................................................116 Tabla 8.5: Tablas de encaminamiento de los routers....................................................119 X