Diferencias entre interfaces de un router y las sub-interfaces

Las sub-interfaces son sumamente importantes a la hora de poner en marcha la comunicación entre dos o más VLANs. Sobre todo, si es que estás trabajando con equipos del fabricante Cisco. Sin embargo, es importante reforzar unos conceptos esenciales antes de pasar a las sub-interfaces en cuestión. Estas sub-interfaces también existen en cualquier router basado en Linux, aunque no se llaman subinterfaces, sino interfaces virtuales, pero es realmente lo mismo, y sirve para lo mismo: intercomunicar las VLANs que tengamos.

Un router cuenta con múltiples puertos, a su vez, cada puerto es una interfaz de red. Cuando hablamos de una interfaz de red, nos referimos al componente del hardware que permite que un dispositivo pueda conectarse a una red cualquiera. En consecuencia, un router tiene múltiples interfaces de red, es decir, varias tarjetas de red empaquetadas en un sólo dispositivo.

En cierta medida, es similar a un ordenador. A pesar de que todos los ordenadores cuentan con una sola interfaz de red por cable, de acuerdo a nuestra necesidad puedes añadir una o más tarjetas de red para que tu ordenador cuente con más de una interfaz. Lo mismo se aplica a las interfaces de red inalámbrica, es decir, un mismo ordenador puede tener varias interfaces de red inalámbricas. Esto último es especialmente útil si es que estás interesado en actividades relacionadas al hacking de redes Wi-Fi.

Por otro lado, ¿cuál es exactamente la función del router? Este dispositivo tiene la capacidad de conectarse a una o más redes. A su vez, puede conectarse con otros routers para poder realizar intercambio de información de routing. El routing en sí se da gracias a las tablas de enrutamiento. Cada router cuenta con una tabla de enrutamiento en el cual se encuentran los posibles destinos a dónde debería redirigirse el camino seguido por cada paquete de datos. El router tiene todas las prestaciones necesarias para poder tomar decisiones respecto a cuál es el mejor camino a seguir, de manera que ningún paquete de datos se descarte o quede bloqueado en algún punto de su viaje por la red.

¿Qué son la interfaz y subinterfaz de un router?

En el ámbito de la administración de redes, los elementos que hacen posible la conectividad y el enrutamiento tienen un papel muy importante para garantizar la transferencia de datos entre los diferentes segmentos de la red. Teniendo esto en cuenta, las interfaces y subinterfaces en un router son los elementos más importantes que desempeñan un papel fundamental en la conectividad y gestión del tráfico. Es necesario saber la diferencia entre ambas para una gestión eficiente de los dispositivos de tu red.

Interfaz

Las interfaces en un router son los puntos de conexión a través de los cuales, el dispositivo se conecta con distintas redes. Estas interfaces pueden tener diferentes formas, desde conexiones físicas como puertos Ethernet o conexiones seriales, hasta conexiones lógicas, como las asociadas a direcciones IP. Cada interfaz se convierte en la unión entre el router y una red, permitiendo la transmisión de datos y el intercambio de información entre los diferentes equipos que se encuentren conectados en la red.

Por lo tanto, su importancia es evidente y las interfaces tienen un el papel de determinar por qué vía se deben enviar los datos hacia su destino. La asignación de direcciones IP a cada interfaz, da una identificación única a cada punto de conexión, permitiendo al router direccionar de manera eficiente todo el tráfico a través de las distintas redes a las que está conectado.

Subinterfaz

Por otro lado, las subinterfaces representan una división lógica de una interfaz física, dando la capacidad de crear múltiples segmentos virtuales sobre una única conexión física. Esta función se utiliza sobre todo en la implementación de VLANs, donde se requiere separar el tráfico de datos de manera eficiente.

La configuración independiente de direcciones IP, máscaras de subred y configuraciones específicas de VLAN para cada subinterfaz, da un control más específico sobre cada segmento de red, incluso cuando comparten la misma interfaz física. Esto no solo optimiza los recursos de nuestro router, sino que también facilita mucho la gestión y el mantenimiento de la red.

Router-on-a-Stick

Si tu red cuenta con más de una VLAN, no es posible que el switch cumpla con la función de permitir que un ordenador en la VLAN 1 pueda comunicarse con la VLAN 2, excepto si es un switch L2+ o L3 que incorpore la funcionalidad de Inter-VLAN routing, en este caso sí podrías.

En caso de tener un switch L2 «normal», necesitarás de los servicios de un router para intercomunicar las VLANs, desencapsulando y encapsulando las VLANs para comunicarlas correctamente. ¿Qué significa Router-on-a-Stick? Observemos esta red de ejemplo:

Se presentan dos ordenadores, cada uno de ellos se encuentra conectada a una VLAN. Una a la VLAN 10 y otra a la VLAN 20. Dichos ordenadores, se encuentran conectados a un switch mediante sus interfaces correspondientes. Es decir, el switch tiene ocupados dos puertos por ambos ordenadores. Del otro lado del switch hay una conexión entre el mismo y un router. Si hablamos estrictamente a nivel físico, si se cuenta con dos VLANs, se puede optar por ocupar un puerto del router por cada puerto para que se conecte al switch. Por ende y para este caso, el switch tendría que tener dos puertos troncales.

Si escalamos el caso a cuatro, cinco, seis o más VLANs, esto sería prácticamente inviable. Muy fácilmente tanto los puertos del router como del switch se ocuparán, lo que hace que la administración de ambos dispositivos se presente con varias dificultades. Por eso es que el concepto de Router-on-a-Stick permite la creación de sub-interfaces en el router, es decir, en una misma interfaz física del router, podremos crear interfaces virtuales o sub-interfaces, y cada una de ellas estará asociada a una de las VLANs con las que cuenta nuestra red.

En cuanto al switch, si aplicamos Router-on-a-Stick, solamente necesitaremos de un puerto troncal.

Beneficios de Router-on-a-stick

Este tipo de configuraciones de red, son una técnica muy útil para poder interconectar diferentes redes virtuales (VLAN), con un solo router físico. Junto a la peculiaridad de que para ello se utiliza un solo router físico. Esta función, es algo que nos puede traer grandes ventajas, sobre todo a nivel organizativo. Y las cuales pueden repercutir en otros campos dentro de una empresa u otra organización. Estos son:

• Reducción de costes: El poder reducir el uso de routers físicamente para las VLAN, nos permite ahorrar costes. Ya que solo vamos a necesitar uno para manejar todas las redes virtuales que tenemos creadas adicionalmente. Reduciendo de forma considerable el coste de no solo lo que supone la compra de los dispositivos, sino del mantenimiento posterior que es necesario para mantenerlos al día.
• Flexibilidad: Estas configuraciones permiten la creación de diferentes VLAN adicionales, son necesitar de utilizar hardware añadido. Lo cual nos da mucha libertad a la hora de crearlas, y de mantenerlas con el paso del tiempo.
• Mejoras de rendimiento: Al utilizar un solo puerto físico para interconectar las diferentes VAN, al router le resulta más sencillo reducir el tráfico de broadcast en toda la red. Esto es algo que mejora de forma considerable el rendimiento, y la eficiencia de la red en todo momento.
• Control del tráfico: Los administradores verán que resulta más sencillo tener un control sobre el tráfico dentro de la red. Para ello, se utilizan diferentes políticas de acceso y rutas concretas dentro de las VLAN. Organizando mucho mejor el flujo de todo el tráfico.
• Sencillez de gestión: Como utilizamos un solo router, es mucho más sencillo gestionar las redes VLAN. Esto es algo que simplifica mucho la red, y reduce de forma considerable la complejidad de la misma.
• Seguridad: Estas configuraciones nos permiten establecer diferentes segmentos en la red, lo cual mejora la seguridad de la misma al poder crear límites de acceso entre todas ellas.
• Implementacion: Se trata de una configuración que es bastante sencilla de implementar. Si puede ser un poco más compleja en algunos aspectos, pero por lo general se pueden crear de forma rápida y sencilla.

Cómo calcular sub-interfaces

El primer paso que vamos a llevar a cabo para calcular las subinterfaces, es determinar cuántas vamos a necesitar. Esto dependerá en gran parte de los requisitos de la red, y de cómo vamos a querer realizar la división de la misma. Una vez tenemos decidido el número de subinterfaces, podemos empezar a asignar las direcciones a todas ellas. Durante este proceso de asignación de direcciones IP, debemos seguir una convención lógica y coherente que evite que se cometan fallos y nos facilite la administración posterior. Sin ir más lejos, si estamos realizando la configuración para diferentes departamentos de una empresa, se pueden utilizar enfoques que se basen en VLANs.

Una vez asignadas las direcciones IP, tendremos que configurar los parámetros de red adicionales. Estos son la máscara de subred, y las configuraciones relacionadas con el enrutamiento. La primera nos va a determinar a qué parte de la dirección IP representa la red, y cual el host dentro de la misma. Esto nos va a asegurar que los paquetes se envían de forma correcta entre las diferentes sub-interfaces. Por lo cual se deben estar enrutando de la forma adecuada hacia sus destinos.

Es importante que, en todo este proceso, se configure de la forma adecuada el enrutamiento entre las diferentes subinterfaces y las demás redes. Esto hace que sea necesario definir rutas estáticas, o incluso realizar la configuración de protocolos de enrutamiento dinámicos. Esto permite que los paquetes se puedan enviar de forma eficiente por otras subinterfaces e incluso hacia redes externas a la nuestra. Pero incluso después de todas estas configuraciones, se deben realizar las pruebas necesarias para asegurarnos de que todo está funcionando correctamente. Por lo cual, tendremos que verificar la conectividad entre las sub-interfaces y realizar las pruebas necesarias de ping o trazas de rutas.

Cómo configurar las sub-interfaces

El uso de este tipo de configuraciones entre VLAN, tiene como resultado configuraciones físicas menos complejas que si se usan interfaces físicas separadas. Esto es debido a la cantidad de cables que interconectan el router con un switch, por ejemplo. Si se cuentan con menos cables, es más complicado tener confusiones sobre donde están conectados. Las VLAN están interconectadas por enlaces troncales de enlace único, por lo cual la resolución de incidencias, sin ir más lejos, es más simple.

Por otra parte, usar subinterfaces mediante un puerto de enlace troncal, nos da como resultado una configuración de software más compleja, donde es más posible que sea complejo solucionar posibles problemas. Pero como el modelo router-on-a-stick, solo utilizaremos una interfaz para alojar a todas las VLAN. Pero si una VLAN tiene algún problema al enrutarse con otra red similar, no basta con hacer algo tan simple como revisar el cableado.

Para solucionar problemas con las VLAN, será necesario revisar el puerto del switch, y si este está configurado para trabajar como un enlace troncal, y que la VLAN no esté siendo filtrada en los demás enlaces troncales antes de que llegue a la interfaz del router. También necesitaremos revisar la subinterfaz, y si está configurada para poder utilizar el ID de la VLAN y la dirección IP adecuados, para la conexión con la subred que está asociada a la VLAN.

Al comienzo, hemos comentado que las sub-interfaces se aplican en gran medida en los dispositivos del fabricante Cisco. Por esa razón, vamos a demostrar su funcionamiento mediante la configuración vía CLI (Interfaz de Línea de Comando) del propio router Cisco. Lo primero que debemos garantizar es que el switch o los switches de nuestra red cuenten con sus puertos de acceso y asignación de VLAN correctamente configurados.

También debemos garantizar la correcta configuración de nuestro puerto troncal que permitirá el viaje del tráfico de las distintas VLAN hacia el router y viceversa.

Uno de los comandos que hemos ingresado es este:

Esto se refiere al estándar de comunicación IEEE 802.1Q. Básicamente es el protocolo que permite que cada trama Ethernet que se genere a partir de los hosts (ordenadores) tenga una VLAN ID, es decir, un identificador que indica a qué VLAN tiene que dirigirse esa trama. Este protocolo funciona únicamente entre los dispositivos de red: routers y switches. No se aplica a los hosts, por lo que una vez que llega a destino, esa VLAN ID se envía como untagged, o sin etiqueta, es decir, se presenta como una trama Ethernet normal.

Ahora, configuramos el router. Siempre, antes de configurar sub-interfaces tenemos que garantizar que efectivamente estén funcionando las interfaces. Por lo que siempre debemos empezar con el comando «no shutdown» para activarlos. Luego, ya se puede empezar con las sub-interfaces.

Un consejo que se acostumbra a dar es que cada sub-interfaz tenga la misma numeración que el número de la VLAN con la cual estamos trabajando. Como vemos en los comandos de ejemplo, una sub-interfaz es .100 (por la VLAN 100) y la otra es .200 (por la VLAN 200). Esto es más que nada para que la configuración y administración sea mucho más fácil y se evite cualquier problema.

Por otro lado, vemos nuevamente el comando «encapsulation dot1Q» y esta vez, va acompañado del ID de la VLAN que le corresponde. Esto permitirá que cada sub-interfaz sea capaz de interpretar todas las tramas etiquetadas 802.1Q que provienen del puerto troncal del switch. Si esto no está configurado, el router no interpretará las tramas y no sabrá a dónde dirigir cada una de ellas.

Finalmente, vemos asignación de direcciones IP para cada sub-interfaz. Estas mismas direcciones de IP serán configuradas en cada host y actuarán como puerta de enlace predeterminada. Es decir, todo ordenador que está por la VLAN 100 deberá tener configurada como puerta de enlace la dirección 192.168.1.1. Lo mismos se aplica con la VLAN 200, la dirección IP de puerta de enlace es la 192.168.2.1.

Costes

La utilización de las subinterfaces, hace que la sustentación de la red sea más económica que si se utilizan interfaces de red independientes. Actualmente los routers que tienen diferentes interfaces físicas, son más caros que si solo cuentan con una, sin contar que cuando cuenta con varias, estas deben ir a switches separados, por ejemplo, lo cual supone más hardware y por lo tanto, más gasto. Incluso los precios pueden aumentar considerablemente si contamos con equipos orientas a ámbitos profesionales.

Router-on-a-Stick es uno de los conceptos más importantes si hablamos de redes. Se destaca principalmente por permitir aprovechar al máximo muy pocos puertos de nuestros dispositivos de redes. Una interfaz de router puede tener una o varias sub-interfaces. Esto permite escalabilidad y flexibilidad para nuestra red sin que esto represente costos innecesarios. Un aspecto importante, es que es muy recomendable que este enlace troncal funciona a velocidades Multigigabit, e incluso a velocidades 10G, para no tener un cuello de botella en este enlace cuando estamos transfiriendo archivos entre las VLANs.