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Unidad 01 — Topologías y enrutamiento

Esta unidad recorre el diseño estructurado de redes IP (modelo jerárquico de tres capas), la clasificación de los protocolos de ruteo (classful/classless, IGP/EGP, vector distancia/estado de enlace), el ruteo estático, y en profundidad los tres protocolos de estado de enlace y vector distancia más usados a nivel de campus y proveedor: RIP, OSPF e IS-IS. Cierra con IPv6: formato, tipos de direcciones y autoconfiguración (SLAAC/EUI-64). Es la unidad más extensa del curso y la más preguntada en los exámenes, especialmente el cálculo de costo OSPF, la elección de DR/BDR, los tipos de LSA, las áreas especiales, la comparación OSPF/IS-IS y los cálculos de direccionamiento IPv6.

Conceptos clave

Modelo jerárquico de tres capas: acceso, distribución y core/backbone — Modelo jerárquico: Acceso (conectividad local) → Distribución (políticas, filtros) → Core/Backbone (transporte de alta performance).

ABR (Area Border Router): Router OSPF con interfaces en al menos dos áreas distintas (una de ellas puede ser el área 0). Mantiene una link-state database por cada área a la que está conectado y resume rutas entre ellas.
ASBR (Autonomous System Boundary Router): Router OSPF con al menos una interfaz hacia otro sistema autónomo (u otro protocolo). Redistribuye rutas externas hacia OSPF mediante LSA tipo 5 (o tipo 7 si el área es NSSA).
DR / BDR: En redes de acceso múltiple (broadcast), el Router Designado (DR) y su respaldo (BDR) concentran las adyacencias para reducir el tráfico de n(n-1)/2 a 2(n-1). Se eligen por prioridad (default 1, 0 = no elegible) y, en caso de empate, por Router ID más alto. La elección no es preemptiva.
LSA (Link State Advertisement): Mensaje mediante el cual los routers de estado de enlace anuncian el estado de sus enlaces. Existen varios tipos (1, 2, 3, 4, 5, 7...) según su alcance y origen.
Áreas especiales OSPF: Stub (no acepta LSA tipo 5, externo, usa ruta default), Totally Stubby (tampoco acepta LSA 3/4 de resumen, solo default) y Backbone/Área 0 (acepta todos los tipos de LSA e interconecta todas las demás áreas).
Niveles IS-IS (L1 / L1L2 / L2): IS-IS no tiene un área backbone fija como el área 0 de OSPF. En su lugar organiza la jerarquía en niveles: L1 (intra-área, análogo a router interno), L1/L2 (frontera entre áreas, análogo a ABR) y L2 (backbone virtual formado por todos los routers L2/L1L2, análogo a routers de backbone).
NET (Network Entity Title): Dirección que identifica a un router IS-IS (no usa IP): AFI (1 byte, habitualmente 49) + Area ID + System ID (6 bytes, único por router) + NSEL (1 byte, siempre 00). Ej: 49.0001.1921.6800.1001.00.
SLAAC / EUI-64: Mecanismo de autoconfiguración stateless de IPv6: el router anuncia el prefijo /64 vía Router Advertisement, y el host arma el Interface ID de 64 bits a partir de su MAC (EUI-64): separa la MAC en dos mitades de 24 bits, inserta FFFE en el medio e invierte el bit U/L (7° bit) del primer byte.

Diseño jerárquico de redes IP

Un diseño de red estructurado sigue principios de jerarquía, modularidad, resistencia y flexibilidad. El modelo jerárquico clásico distingue tres capas lógicas:

Acceso: conectividad de usuarios/grupos de trabajo, segmentación, aislamiento de broadcasts.
Distribución (agregación): conectividad basada en políticas, filtrado, control de publicación de rutas, redistribución entre protocolos.
Core / Backbone: transporte de alta performance entre sitios remotos, caminos redundantes y balance de carga.

Frente al diseño mallado (topología chata, sin especialización, difícil de administrar y predecir), el diseño jerárquico da escalabilidad, facilidad de implementación y de troubleshooting, predecibilidad y mejor soporte de protocolos.

Clasificación de protocolos de ruteo

Protocolos Classful: no intercambian la máscara, tablas de ruteo resultantes — Classful (RIPv1, IGRP): no transporta la máscara; las subredes se resumen automáticamente en la frontera de clase y rutas más específicas de otra red no se aprenden.

Protocolos Classless: intercambian la máscara, tablas de ruteo resultantes — Classless (RIPv2, EIGRP, OSPF, IS-IS, BGP): cada anuncio porta su máscara y soportan VLSM (máscaras de longitud variable entre subredes).

Clasificación de protocolos: IGP vs EGP, vector distancia vs estado de enlace — Según ámbito: IGP (dentro de un sistema autónomo) vs EGP (entre sistemas autónomos). Según técnica: Vector distancia (RIP, EIGRP; envían tablas completas periódicamente) vs Estado de enlace (OSPF, IS-IS; cada router conoce la topología completa e intercambia actualizaciones parciales).

Ruteo estático

Rutas configuradas manualmente en cada equipo, útiles en redes pequeñas o "stub" (una sola salida):

Router(config)# ip route network mask {address | interface} [distance]

ip route 192.168.3.0 255.255.255.0 192.54.2.1

network/mask: destino. address: IP del próximo salto. interface: interfaz de salida. distance: distancia administrativa opcional.

RIP (Routing Information Protocol)

Protocolo de vector distancia. Usa los saltos (hops) como métrica, con un máximo de 15 (16 = inalcanzable). Las updates son periódicas cada 30 segundos. Puede balancear tráfico entre hasta 6 caminos de igual métrica. RIPv1 es classful (no envía máscara); RIPv2 es classless (envía máscara, soporta VLSM).

Router(config)# router rip
Router(config-router)# network network-number

OSPF (Open Shortest Path First)

Protocolo de estado de enlace, soporta VLSM, converge rápido y usa como métrica (costo) el ancho de banda del enlace.

Fórmula de costo OSPF:
Costo = BW_ref (referencia, default 100 Mbps) / BW_enlace (Mbps)
El resultado se redondea siempre hacia arriba; el costo mínimo es 1. La suma de costos de un camino es lo que OSPF usa (con Dijkstra/SPF) para elegir la ruta más corta. En redes modernas de alta velocidad conviene ajustar la referencia: router ospf 1 / auto-cost reference-bandwidth 100000 (100 Gbps).

Tabla de ejemplo de costo de interfaces OSPF según ancho de banda y referencia — Ejemplo con referencia de 100 Gb/s: 10Mb/s→10.000 · 100Mb/s→1.000 · 1Gb/s→100 · 10Gb/s→10 · 100Gb/s→1 · 400Gb/s→1 (mínimo).

Arquitectura de áreas

OSPF organiza la red en áreas jerárquicas. El Área 0 (Backbone) es obligatoria y todas las demás áreas deben conectarse a ella (directa o virtualmente). Reduce el tráfico de actualizaciones, la frecuencia de recálculos SPF (por área) y el tamaño de la tabla de ruteo (resúmenes entre áreas).

Tipos de routers: internos (todas sus interfaces en una misma área), de backbone (al menos una interfaz en área 0), ABR (interfaces en distintas áreas, resume rutas entre ellas) y ASBR (conecta con otro sistema autónomo, redistribuye rutas externas vía LSA tipo 5).

Timers y adyacencias

Hello cada 10 segundos, Dead interval 40 segundos (4 hellos no escuchados). El SPF delay por defecto es de 5 segundos (espera antes de recalcular, para evitar flapping). El Router ID (32 bits) suele tomarse de la IP más alta de una interfaz activa (o de una loopback si existe).

Redes multiacceso: DR y BDR

En redes broadcast (por ejemplo Ethernet), si todos los routers formaran adyacencia entre sí, el número de adyacencias sería n(n-1)/2. OSPF elige un DR (Designated Router) que concentra la sincronización de estado de enlace, y un BDR (Backup) que asume su rol si falla, reduciendo las adyacencias a 2(n-1). En enlaces punto a punto no se necesita DR/BDR: la adyacencia es automática.

Redes broadcast: elección de DR y BDR, adyacencias reducidas — Todos los routers de la red forman adyacencia solo con el DR y el BDR, no entre ellos.

Proceso de elección de DR y BDR paso a paso mediante paquetes Hello — La elección se decide por prioridad (0-255, default 1; 0 = no elegible) y, en empate, por Router ID más alto. Primero se elige el BDR, luego el DR entre los restantes. No es preemptiva: un router con mejor prioridad que llega después no desplaza al DR/BDR ya elegidos.

Tipos de LSA

Tipos de anuncios LSA en OSPF: tipo 1 a 5 — Tipo 1 (Router link, intra-área) · Tipo 2 (Network link, generado por el DR, intra-área) · Tipo 3/4 (Summary, inter-área; tipo 4 = costo del ABR al ASBR) · Tipo 5 (externo al AS) · Tipo 7 (NSSA, análogo al 5 pero solo dentro del área no-so-stubby).

Áreas especiales

Configuraciones completas

Routers internos (áreas simples, redes de broadcast o punto a punto):

! Router A (red de broadcast)
interface Ethernet0
 ip address 10.64.0.1 255.255.255.0
!
router ospf 1
 network 10.64.0.0 0.0.0.255 area 0

Configuración de un ABR con dos áreas — Configuración de ABR: el router B tiene una interfaz en Área 0 y otra en Área 1, ambas bajo el mismo proceso `router ospf 77`.

Configuración de área Stub en R2 y R3 — Área Stub: se agrega `area 2 stub` en todos los routers de esa área (R2 el ABR y R3 el interno).

Configuración de área Totally Stubby en R2 y R3 — Área Totally Stubby: el ABR agrega `area 2 stub no-summary` (solo en el ABR); los internos mantienen `area 2 stub`.

IS-IS (Intermediate System to Intermediate System)

Protocolo de estado de enlace desarrollado por ISO (CLNP/OSI), adaptado luego para IP (Integrated IS-IS). Terminología: IS (Intermediate System) = router, ES (End System) = host, NET = dirección del router, LSP (Link-State PDU) = equivalente al LSA de OSPF, Adjacency = relación de vecindad.

A diferencia de OSPF, IS-IS no tiene un área backbone fija (no existe un "área 0"): la jerarquía se resuelve con niveles. L1 intercambia LSP dentro de su propia área (análogo a un router interno OSPF); L2 forma el "backbone virtual" entre áreas (análogo al backbone de OSPF); L1/L2 hace de frontera entre su área y el backbone (análogo a un ABR).

Áreas y niveles IS-IS: Área 1 a 4 con routers L1, L1L2 y L2 — Cada nube es un dominio de ruteo L1. Los routers L1 solo conocen su propia área; los L1/L2 son la frontera que conecta cada área con el backbone L2.

Direccionamiento NET (NSAP)

IS-IS no usa direcciones IP para identificar routers, sino una dirección NET (caso particular de NSAP con NSEL=0), de 6 a 20 bytes:

Estructura de dirección NET/NSAP: AFI, Area ID, System ID, NSEL con ejemplo — Ejemplo: `49.0001.1921.6800.1001.00` — AFI=49 (1 byte) · Area ID=0001 · System ID=1921.6800.1001 (6 bytes, único por router, habitualmente derivado de la MAC o de una loopback) · NSEL=00 (siempre, indica que identifica a un router).

Métrica: originalmente de 6 bits (narrow, máximo 63 por enlace); extendida a 24 bits (wide, máximo 16.777.215). El valor por defecto es 10 por enlace en la mayoría de las implementaciones. No se calcula automáticamente a partir del ancho de banda (a diferencia de OSPF); el administrador la asigna manualmente.

OSPF vs IS-IS

Tabla comparativa IS-IS vs OSPF: tipo, algoritmo, jerarquía, router de borde, identificación, pertenencia a área, transporte — Ambos son estado de enlace y usan Dijkstra (SPF). Difieren en jerarquía (niveles L1/L2 vs áreas con área 0 fija), identificación (NET vs Router ID), pertenencia a área (un router IS-IS pertenece a una sola área; un ABR OSPF pertenece a varias) y transporte (IS-IS corre directo sobre capa 2; OSPF corre sobre IP, protocolo 89).

Topología de laboratorio y capturas Wireshark

Topología de laboratorio IS-IS con 3 áreas y 5 routers R1-R5 — Laboratorio típico: Área 1 (R1, R2, Switch1), Área 2 (R4, Switch2) y Área 3 (R5, Switch3), interconectadas por enlaces punto a punto.

Captura Wireshark de un paquete Hello IS-IS anotado — Hello IS-IS: Circuit type (L1/L2), SystemID del emisor, Area address, IP interface address, IS Neighbor(s).

Captura Wireshark de un paquete LSP IS-IS anotado — LSP: TLVs de Area address, Protocols supported, Hostname, IP Interface address, IS Reachability (vecinos) e IP Internal Reachability (redes anunciadas).

router isis
 net 49.0002.0100.0000.0002.00
 is-type level-1
!
interface Loopback0
 ip address 10.0.0.2 255.255.255.255
 ip router isis
 isis metric 1
!
interface FastEthernet0/0
 ip address 192.168.0.18 255.255.255.252
 ip router isis

IPv6

Direcciones de 128 bits, escritas en hexadecimal en 8 bloques de 16 bits separados por ":". Ante el agotamiento de IPv4 (2³² ≈ 4 mil millones), IPv6 ofrece 2¹²⁸ ≈ 340 sextillones de direcciones.

Tabla de tipos de direcciones IPv6 y sus equivalentes aproximados en IPv4 — Global Unicast (2000::/3, equivalente a IPv4 pública) · Link-local (FE80::/10, equivalente a APIPA 169.254.0.0/16) · Unique Local ULA (FC00::/7, equivalente a los rangos privados de IPv4) · Multicast (FF00::/8, reemplaza al broadcast) · Loopback (::1, equivalente a 127.0.0.1).

IPv6 elimina el broadcast, reemplazándolo por un uso más amplio de multicast (ej. FF02::1 todos los nodos del enlace, FF02::2 todos los routers del enlace) y anycast (misma dirección en varios dispositivos, entrega al topológicamente más cercano).

Comparación gráfica entre el encabezado de IPv4 y el de IPv6 — El encabezado IPv6 pasa de 20-60 bytes (variable) a 40 bytes fijos; elimina checksum y fragmentación (delegados a los extremos); TTL se renombra Hop Limit; se agrega Etiqueta de flujo (QoS).

Autoconfiguración: SLAAC y EUI-64

Con SLAAC (Stateless Address Autoconfiguration), el router anuncia el prefijo /64 de la red mediante Router Advertisements, y el host arma su propio Interface ID (sin necesitar un servidor DHCP, "sin estado").

Mecanismo EUI-64 paso a paso: separar la MAC, insertar FFFE, invertir bit U/L — EUI-64: se separa la MAC en dos mitades de 24 bits, se inserta `FFFE` en el medio y se invierte el bit U/L (7° bit, de izquierda a derecha) del primer byte para indicar unicidad global.

Ejemplo: MAC 00:1A:2B:3C:4D:5E con red anunciada 2001:db8::/64. Se separa en 00:1A:2B y 3C:4D:5E, se inserta FF:FE en el medio (00:1A:2B:FF:FE:3C:4D:5E) y se invierte el bit U/L del primer byte (00 = 00000000 → 00000010 = 02), resultando en el Interface ID 02:1A:2B:FF:FE:3C:4D:5E, y la dirección completa 2001:db8::21A:2BFF:FE3C:4D5E.

Cheat sheet — Unidad 01

Modelo jerárquico: Acceso → Distribución → Core/Backbone
Classful (no manda máscara): RIPv1, IGRP · Classless (manda máscara, VLSM): RIPv2, EIGRP, OSPF, IS-IS, BGP
IGP (dentro de un AS) vs EGP (entre AS) · Vector distancia (RIP, EIGRP) vs Estado de enlace (OSPF, IS-IS)
Ruteo estático: ip route network mask {address|interface} [distance]
RIP: vector distancia, métrica=saltos (máx 15), updates cada 30s, balancea hasta 6 caminos
Costo OSPF = BWref (default 100 Mbps) / BWenlace (Mbps), redondeo hacia arriba, mínimo 1
OSPF: Hello=10s · Dead=40s · SPF delay=5s · Área 0 obligatoria
DR/BDR: reduce adyacencias de n(n-1)/2 a 2(n-1); prioridad default 1 (0=no elegible); empate→Router ID; no preemptivo; no aplica en punto a punto
LSA: Tipo 1 (router, intra-área) · Tipo 2 (network, DR, intra-área) · Tipo 3/4 (summary inter-área; 4=ABR→ASBR) · Tipo 5 (externo AS) · Tipo 7 (NSSA)
Áreas especiales: Stub (no LSA 5, usa default) · Totally Stubby (tampoco LSA 3/4) · Backbone (acepta todo)
IS-IS: IS=router, ES=host, LSP=LSA, NET=AFI(49).AreaID.SystemID(6B).NSEL(00)
IS-IS niveles: L1 (intra-área, ~router interno) · L1/L2 (frontera, ~ABR) · L2 (backbone virtual, ~backbone)
Métrica IS-IS: narrow 6 bits (máx 63) · wide 24 bits (máx 16.777.215) · default 10 · no depende del ancho de banda
IS-IS corre directo sobre capa 2 (no usa IP) · OSPF corre sobre IP, protocolo 89
IPv6: 128 bits, 8 bloques hex de 16 bits · comprimir un único grupo de ceros con :: (nunca dos veces)
GUA 2000::/3 · ULA FC00::/7 (~10.0.0.0/8) · Link-local FE80::/10 · Multicast FF00::/8 (no hay broadcast)
EUI-64: separar MAC en 2 mitades de 24 bits, insertar FFFE en el medio, invertir bit U/L del primer byte