Primero, recordemos que las redes modernas se basan en un modelo de dos planos: el Plano de Datos y el Plano de Control. El Plano de Datos se encarga del flujo de información real, es decir, de enviar paquetes de un punto a otro. El Plano de Control, por otro lado, es el cerebro de la red. Se encarga de gestionar la red, descubrir la topología, configurar las rutas y asegurar un funcionamiento sin problemas. Es como el director de orquesta que se asegura de que todos los instrumentos (los dispositivos de red) toquen en armonía.
Ahora, pensemos en la red que creamos al conectar nuestros dispositivos. Ya hemos visto cómo funciona un solo dispositivo de procesamiento de paquetes, un enrutador (o un conmutador de capa 3). Este dispositivo es un ejemplo común del Plano de Datos. Pero, ¿qué sucede cuando conectamos varios enrutadores? ¿Cómo se comunican entre ellos? Es aquí donde entra en juego el Plano de Control.
Figura de Explicación
Considera la red de la Figura 1.
Una aplicación que se ejecuta en el host A necesita obtener alguna información de un proceso que se ejecuta en F. Los dispositivos B, C, D y E, por supuesto, son procesadores de paquetes (enrutadores). Para reenviar paquetes entre los hosts A y F, el enrutador B sería llamado para reenviar paquetes a F, incluso si no está conectado a F. Del mismo modo, los enrutadores C y D necesitarían reenviar paquetes tanto a A como a F, incluso si no están conectados a ninguno de estos hosts.
Esa sección trata lo siguiente:
¿Cómo crean los dispositivos de red las tablas necesarias para reenviar paquetes a través de rutas libres de bucles en la red?
La respuesta es mucho más complicada de lo que parece a primera vista, ya que en realidad involucra varios problemas:
- ¿Cómo aprenden los dispositivos sobre la topología de la red, qué canales de comunicación están conectados a qué dispositivos y destinos?
- ¿Cómo toman esta información los planos de control y crean rutas sin bucles en la red?
- ¿Cómo detectan los planos de control los cambios en la red y reaccionan a ellos?
- ¿Cómo escalan los niveles de control para satisfacer las necesidades de las redes a gran escala?
- ¿Qué políticas se implementan en el nivel de control y cómo?
Todos estos problemas se discutirán más adelante.
Detección de Topología
Los diagramas de red suelen mostrar solo unos pocos tipos de dispositivos, incluidos los enrutadores, conmutadores, sistemas conectados a la red (diferentes tipos de hosts) y varios tipos de dispositivos (por ejemplo, firewalls). A menudo están conectados entre sí por canales, representados como líneas. Un ejemplo se muestra en la Figura 2.
Los diagramas de red, al igual que muchas otras formas de abstracción, ocultan mucha información para hacer que la información incorporada sea más accesible. Primero, los diagramas de red suelen estar en algún punto intermedio entre la representación lógica y física de la red. Estos diagramas generalmente no muestran cada conexión física en la red. Por ejemplo, un diagrama de red puede mostrar un haz de canales como una sola línea de comunicación o un solo cable físico que ha sido multiplexado como varios canales lógicos (por ejemplo, Ethernet o cualquier otro canal de difusión que es un solo canal físico que utilizan varios dispositivos para comunicarse).
Nota: En la ingeniería de redes, a menudo hay cierta confusión con el término multiplexación. Muchos ingenieros tienden a considerar el uso compartido de dos canales virtuales como la única forma de multiplexación de red. Sin embargo, siempre que haya varios dispositivos compartiendo una sola línea de comunicación, una situación que finalmente requiere alguna forma de direccionamiento, separación de tráfico en el tiempo o separación de tráfico en frecuencia, se utiliza la multiplexación. La virtualización se puede considerar como un segundo nivel de multiplexación o multiplexación sobre multiplexación.
En segundo lugar, los diagramas de red a menudo no tienen en cuenta la complejidad lógica de los servicios. Sin embargo, el plano de control no enmascara este tipo de complejidad.
En cambio, el plano de control debe recopilar información sobre la red localmente y desde otros planos de control, anunciarla a otros dispositivos en los que se ejecuta el plano de control y crear un conjunto de tablas que el plano de datos pueda utilizar para reenviar tráfico a través de cada dispositivo en la red desde el origen hasta el destino. En este artículo, consideraremos el problema:
¿Cómo se entera el plano de control de la red?
Esta pregunta se puede dividir en varias partes:
- ¿Qué intenta averiguar el plano de control? O, posiblemente, ¿cuáles son los componentes de la topología de la red?
- ¿Cómo se entera el plano de control de los dispositivos conectados a la red?
- ¿Cuáles son las principales clasificaciones que se utilizan para describir el anuncio de información sobre la red?
Nodos de Red, Bordes y Destinos Alcanzables
El primer problema que hay que resolver es en realidad una metapregunta: ¿qué tipos de información debe aprender y difundir el plano de control para construir rutas sin bucles en la red? Sin embargo, una pequeña advertencia sobre el siguiente material del artículo: los términos de red son difíciles de definir de forma inequívoca, ya que los términos individuales a menudo se utilizan para describir muchas “cosas” en la red, dependiendo del contexto en el que se utilicen.
Nodo
Un nodo procesa paquetes (incluida la retransmisión de paquetes), envía paquetes o recibe paquetes en la red. El término proviene de la teoría de grafos, donde también se les puede llamar vértices, aunque este término se aplica más ampliamente en la ingeniería de redes. En una red, hay varios tipos de nodos, que incluyen:
- Nodo de tránsito: Cualquier dispositivo diseñado para recibir paquetes en una interfaz, procesarlos y enviarlos a otra interfaz. Los enrutadores y conmutadores son ejemplos de nodos de tránsito. A menudo se les llama simplemente nodos, como se les llamará aquí en el artículo, en lugar de nodos de tránsito.
- Nodo final: También llamado sistema final o host: cualquier dispositivo diseñado para ejecutar aplicaciones que generan y/o reciben paquetes desde una o varias interfaces. Estos son los orígenes y receptores de la red, con mayor frecuencia estos nodos en realidad se llaman hosts, en lugar de nodos finales, para distinguirlos de la abreviatura de nodos, que normalmente significa nodo de tránsito.
En estas dos definiciones hay muchos agujeros obvios. ¿Cómo se debe llamar a un dispositivo que recibe un paquete en una interfaz, completa una conexión en un proceso o aplicación local, genera un nuevo paquete y luego retransmite ese nuevo paquete desde otra interfaz?
El problema se complica si la información contenida en los dos paquetes es aproximadamente la misma, como en el caso de un servidor proxy o cualquier otro dispositivo similar. En estos casos, es útil clasificar el dispositivo como final o nodo en un contexto determinado, dependiendo del papel que desempeñe en relación con otros dispositivos en el contexto.
Por ejemplo, desde el punto de vista del host, un servidor proxy actúa como un dispositivo de reenvío de red, ya que el funcionamiento del servidor proxy (en cierta medida) es transparente para el host. Sin embargo, desde el punto de vista del nodo adyacente, los servidores proxy son hosts, ya que completan los flujos de tráfico y (por lo general) participan en el plano de control al igual que el host.
Enlace (Borde)
Un enlace es cualquier conexión entre dos dispositivos de red a través de la cual se retransmiten paquetes. El caso nominal es una conexión punto a punto (point-to-point) que conecta dos enrutadores, pero este no es el único caso. En la teoría de grafos, un enlace conecta exactamente dos nodos.
En la ingeniería de redes, existen conceptos de canales multiplexados, multipunto y otros tipos de canales multiplexados. Más a menudo, se modelan como un conjunto de conexiones punto a punto, especialmente al construir un conjunto de rutas sin bucles en la red. Sin embargo, en los diagramas de red, los canales multiplexados a menudo se representan como una sola línea con varios nodos conectados.
Destino Alcanzable
Un destino alcanzable puede describir un solo nodo o servicio, o un conjunto de nodos o servicios disponibles a través de la red. El ejemplo nominal de un destino alcanzable es un host, o un conjunto de hosts en una subred, pero es importante recordar que este término también puede describir un servicio en algunos contextos, como un proceso específico que se ejecuta en un solo dispositivo, o una variedad de opciones de servicio disponibles en varios dispositivos. La Figura 2 ilustra esto.
En la red que se muestra en la Figura 2, los destinos alcanzables pueden incluir:
- Cualquiera de los hosts individuales, como A, D, F, G y H
- Cualquiera de los nodos individuales, como B, C o E
- Un servicio o proceso que se ejecuta en un solo host, como S2.
- Un servicio o proceso que se ejecuta en varios hosts, como S1.
- Un conjunto de dispositivos conectados a un solo canal físico o borde, como F, G y H
- Este último destino alcanzable también se presenta como una interfaz en un canal específico o en el borde de la red. Por lo tanto, el enrutador E puede tener varios destinos alcanzables, que incluyen:
- La interfaz en la línea que conecta el enrutador E con C
- La interfaz en la línea que conecta el enrutador E con B
- La interfaz en la línea que conecta el enrutador E con los hosts F, G y H
- La red que representa la capacidad de alcanzar los hosts F, G y H
- Cualquier número de servicios internos que se pueden anunciar como direcciones, puertos o números de protocolo separados
- Cualquier número de direcciones internas adjuntas a canales de comunicación virtuales que no existen en la red física, pero que se pueden utilizar para representar el estado interno del dispositivo (no se muestra en la Figura 2)
Por lo tanto, el concepto de destino alcanzable puede significar muchas cosas diferentes dependiendo del contexto. En la mayoría de las redes, un destino alcanzable es un solo host, un solo canal (y los hosts conectados a él), o un conjunto de canales (y los hosts conectados a estos canales), combinados en un solo destino alcanzable.
