1. Roteamento Prof. Mauro Tapajós

3. A seleção de uma rota normalmente é baseada em algum critério de performance (número de saltos até o destino, atraso, velocidade do link )

4. Esquemas de roteamento vão depender do tipo de rede (comutada por pacotes ou circuitos) H A H B R R R R R Rede 1 Rede 2 Rede 3 Rede 4 Rede 5

6. Existe uma rota principal, caso ela esteja fora de serviço, é tentada outra das rotas definidas numa certa ordem de prioridades

7. Esquema basicamente estático, onde as rotas são definidas manualmente, inclusive as rotas de “backup”

8. Um exemplo é o roteamento de chamadas através de redes telefônicas

10. Nós (centrais telefônicas) extremamente confiáveis

11. Uma única organização controla a maior parte deste tipo de rede (pouca subdivisão)

12. Rede muito capilarizada

13. As conexões exigem a mesma quantidade de recursos de rede

14. Roteamento em Redes de Pacotes Como se define os melhores caminhos de uma rede para outra? Como se encaminha um pacote de uma rede para outra? A B C D W X Y Z ?

15. Roteamento em Redes de Pacotes Através da interconexão de vários equipamentos capazes de encaminhar tráfego - Roteadores A B C D W X Y Z R A B C D W X Y Z R R Network Cloud

17. Grande diversidade de perfis de tráfego

18. Os trechos da rede possuem vários diferentes donos (grande subdivisão)

19. Capilaridade irregular e esparsa

21. Em redes baseadas em datagramas , uma rota é determinada para cada pacote de forma independente

22. Roteamento é a decisão de qual caminho seguir

23. Encaminhamento (forwarding) é o envio depois da decisão feita

24. Routing ≠ Bridging

26. Este endereço apenas define um destino e não o caminho a ser tomado A E B C D packet ? ?

28. Útil para mensagens de emergência (aplicações militares)

29. Pode ser usada para se inicializar a rota de um circuito virtual, já que todas as rotas possíveis são tentadas

30. Pode ser usada para disseminar informação importante para todos os nós da rede

32. Baseados em um único caminho ( single path ) / vários caminhos ( multi path )

33. Plano ou hierárquico

34. Decisões de encaminhamento nos hosts ( source-routing ) ou nos roteadores

35. Intra-domínio ou inter-domínio

36. Baseado em estratégias Link State ou Distance Vector (Bellman-Ford)

38. Confiabilidade (em termos de erros de bits ou números de quedas de links)

39. Atraso

40. Largura de banda

41. Carga

42. Custo de comunicação ($)

43. Combinações

45. Dado um determinado destino, todas as rotas ótimas para este destino irão criar uma árvore ( sink tree )

47. Simplicidade, Robustez, Flexibilidade, Estabilidade, Otimização (convergência rápida)

48. Algoritmos Não-adaptativos (Estáticos) – rotas pré-definidas, a informação de roteamento não é atualizada

49. Algoritmos Adaptativos (Dinâmicos) – a informação de roteamento é atualizada periodicamente

51. Baseado num dos algoritmos de baixo custo

52. Estes algoritmos não podem se basear no estado da rede (variáveis dinâmicas como o tráfego)

53. Não há muita diferença nos roteamentos de datagramas e de circuitos virtuais

54. As tabelas de roteamento somente necessitam armazenar o próximo nó da rede que compõe a rota

55. Baseia-se em volumes de tráfego estimado ou capacidades de links

56. Exemplo de Roteamento Estático

58. O algoritmo deve encontrar a rota de menor custo entre cada dois nós da rede

59. Dois algoritmos básicos: Dijkstra e Bellman-Ford

61. Determina os menores caminhos entre um dado vértice A e todos os demais

62. Inicia um conjunto S somente com o nó de origem A e parte para os outros

63. A cada iteração: agrega o nó de um conjunto W de nós ligados diretamente a S, com menor custo para A

64. Algoritmo de Dijkstra - Exemplo

65. Algoritmos de Roteamento Rede de Exemplo

66. Algoritmo de Dijkstra Exemplo

67. Algoritmo de Bellman-Ford Exemplo

68. Algoritmos de Dijkstra e Bellman-Ford Passos dos Algoritmos

70. Os roteadores dividem a rede em regiões, cada qual com o seu número de rede único

71. Os cabeçalhos MAC mudarão constantemente durante a travessia do pacote pelas redes, logo as decisões de encaminhamento deverão se basear em endereços de rede Rede A Aplicação Transporte Rede Interface de Rede Host B Rede Interface de Rede Roteador Rede Interface de Rede Roteador Rede B Rede C Aplicação Transporte Rede Interface de Rede Host A

73. Em roteadores – é exigida uma informação maior sobre a topologia

74. As tabelas dos roteadores contém basicamente entradas para os hosts locais e as redes remotas

75. O último roteador no caminho para o destino encaminhará o pacote diretamente para o seu destino

76. O roteamento é feito com base no endereço de rede apresentado no cabeçalho do pacote

77. Roteadores são essencialmente dispositivos de rede de camada 3

78. Deve saber tratar itens como: esquemas de endereçamento, MTU’s e interfaces

80. Ter um roteador para cada tipo de protocolo é ineficiente

81. Ao receber um pacote, o roteador o analisa e passa para o processador de protocolo correspondente

83. Entradas para cada rede alcançável e não para cada destino (inviável!)

84. Cada entrada mostra o próximo nó na rota – não toda a rota

85. Podem existir em hosts

86. No caso normal, hosts apenas definem um roteador ( default gateway ) padrão para onde devem ser encaminhados os pacotes para uma rede externa a sua própria

87. Se houverem vários roteadores ligados na rede do host, ele então deve ter tabelas de roteamento para definir para qual deles enviar

89. Cada entrada indica o próximo nó a ser seguido e não toda a rota definida

91. Endereços de hosts locais (esta rede, host)

92. Endereços de subredes remotas (esta-rede, subrede, 0)

93. Endereços de hosts locais na subrede local (esta-rede, esta-subrede, host)

95. Tabelas de Roteamento IP - Exemplo N2 N3 N4 N1 R1 R2 R3 N1 N2 N3 N4 R1 Entrega Direta Entrega Direta R3 Tabelas de roteamento reais contém endereços IP, flags indicando o tipo de entrada, máscaras de subrede, e outras informações

96. Agregação de rotas com CIDR

98. Isto quer dizer que as decisões de roteamento variarão com as mudanças em parâmetros da rede

99. Estes parâmetros usualmente são falhas na rede e condições de congestionamento

100. Para ser dinâmico e distribuído , o roteamento depende de troca de mensagens feita pelos nós a rede

101. Aspectos devem ser levados em conta (processamento adicional, overhead e velocidade de resposta) Algoritmos de Roteamento Dinâmico

103. Assim, existirá a necessidade de um protocolo para fornecer e atualizar esta informação

104. Roteadores podem então tomar suas decisões de encaminhamento com base na topologia e nas condições da rede Algoritmos de Roteamento Dinâmico

106. Algoritmos de roteamento dinâmicos – hosts e roteadores continuamente trocam informação e encontram os melhores caminhos entre dois pontos, reagindo a mudanças na rede

108. Loops de pacotes podem ocorrer enquanto a informação de roteamento estiver sendo trocada

109. “ Fluttering ” – enquanto os roteadores tentam “entender” o que está acontecendo, podem enviar pacotes para um mesmo destino por rotas diferentes tentando balancear rotas, ou mesmo tratando links bidirecionais de forma distinta dificultando e confundindo o gerenciamento da rede e as aplicações de rede em execução (as que usam TCP por exemplo)

111. Maior necessidade de processamento em função de decisões de roteamento mais complexas

112. Melhoram performance do ponto de vista do usuário

114. Balanceamento de carga

117. Cada roteador mantém uma tabela indexada para cada outro roteador da rede

118. Cada entrada na tabela possui um destino, uma métrica e a linha de saída correspondente

119. As métricas podem ser várias: o número de saltos, o tamanho das filas ou o atraso para um pacote chegar ao destino

120. A informação de roteamento é atualizada por trocas das tabelas entre os nós da rede

121. Algoritmo de Distance Vector (Exemplo)

122. Algoritmo de Distance Vector

123. Problema da Contagem ao Infinito

125. Poison Reverse : ao invés de não enviar as informações na interface como descrito acima, se envia a informação de que o destino é inalcançável (custo = infinito). Esta alternativa quebra imediatamente possíveis loops de rotas.

127. Converge lentamente depois de uma mudança na topologia (sempre os roteadores devem recalcular suas tabelas para encaminhar a informação de roteamento)

128. Originalmente usado na Arpanet (e na internet - RIP)

129. São fáceis de se implementar mas geram muito overhead , comparado com outras alternativas

131. Determina o custo para cada roteador vizinho

132. Monta um pacote com os custos para cada vizinho (enlace) – LSP – Link State Packet

134. Número de sequência e idade ( age )

138. queda de um enlace

140. Alguns protocolos que o utilizam: OSPF (internet), IS-IS (ISO)

142. Um roteador com problemas desestabiliza os dois algoritmos na mesma escala

144. Um protocolo de roteamento deve resumir a informação de roteamento e divulgá-la da maneira mais eficiente possível

145. A maneira como um roteador analisa a tabela de roteamento não muda, o que muda é a forma como as entradas desta tabelas são geradas e alteradas

147. Os outros roteadores respondem enviando informação de roteamento

148. O roteador usa estas informações para gerar uma primeira tabela de roteamento e se insere no processo divulgando suas próprias informações para os demais de forma dinâmica

149. A troca das informações é contínua e as novas tabelas geradas podem refletir o que está acontecendo com a rede

151. Posteriormente associado com o UNIX e TCP/IP e normalmente implementado no routed dos sistemas UNIX BSD (aceitação pelo mercado)

152. É uma versão distribuída do algoritmo de Bellman-Ford

153. Adequado a redes pequenas

154. Somente possui uma única métrica: saltos

157. A distância é o número de saltos para a rede

159. Um request enviado pede aos vizinhos que enviem parte (se indicados os destinos) ou toda a sua tabela de roteamento por um reply

160. Uma mensagem de reply também é enviada a cada 30 segundos ou quando há alteração na tabela de roteamento (atualização) o que pode causar problemas como uma avalanche de broadcasts

161. Formato de Mensagem RIP

163. Tem tamanho máximo de 512 octetos, acima disso a informação de roteamento deve ser dividida em vários datagramas (25 rotas em cada um) Formato de Mensagem RIP

165. Cada rota na tabela possui um temporizador

166. 2 tipos de participantes: ativos (somente roteadores) e passivos (só “ouvem” as mensagens)

167. Aceita atualizações de qualquer dispositivo (pode ser confundido por qualquer um)

168. RIP não prevê máscaras de subrede

169. Projetado para redes medianas (centenas de nós) razoavelmente estáveis

170. Existem versões incompatíveis de RIP para TCP/IP, NetWare e AppleTalk

172. É uma ampliação do RIP versão 1

173. Seu objetivo: poder ser usado em redes medianas, onde se utilizam subredes variáveis e ainda apresentar interoperabilidade com RIP 1 e CIDR

174. Oferece autenticação simples e suporte a multicasting

175. Utiliza os campos nulos que não são usados por RIP-1

176. Route tag : informação sobre a origem da rota

177. Assim, implementações de RIP-1 devem ignorar estes campos para que ambos possam operar juntos corretamente

178. Formato da Mensagem RIP-2

180. Derivado de uma versão preliminar do protocolo de roteamento OSI IS-IS

181. Um nó pode ser um roteador ou uma rede

182. Um custo é associado a cada interface de saída de cada roteador

183. OSPF utiliza o IP diretamente (e não sobre UDP ou TCP) com campo protocol igual a 89

185. OSPF pode calcular um conjunto de rotas específicas para cada tipo de serviço IP ( type-of-service )

186. Permite balanceamento de carga entre rotas de mesmo custo

187. Suporta máscaras de subrede de tamanho variável

189. Redes multiacesso com broadcasting (LAN’s)

190. Redes multiacesso sem broadcasting (WAN’s)

191. OSPF - Exemplo de Rede e seu Grafo

193. São identificadas por um número de 32 bits e os roteadores também

194. Sempre existirá uma área backbone de identificador 0 que liga todas as áreas -> topologia estrela

195. Elas não se sobrepõem, mas um roteador pode não fazer parte de uma área

196. Cada área roda uma instância do algoritmo de LS - a informação de topologia está limitada naquela área (mensagens do protocolo de roteamento estarão também confinadas naquela área - menor overhead )

197. OSPF

199. Usa Dijkstra para calcular as melhores rotas

201. Cada roteador deve confirmar as atualizações recebidas

202. Cada roteador de posse destas informações é capaz de gerar os caminhos de menor custo para cada rede de destino - pode usar qualquer algoritmo de roteamento estático (como Dijkstra)

204. -> um roteador designado fará o papel de nó central para os demais

205. O protocolo funciona com a troca de mensagens entre roteadores adjacentes apenas (economia de banda)

206. Cabeçalho Comum de Mensagens OSPF

208. Tipo : um dos 5 tipos de mensagens OSPF

209. Comprimento do pacote : em octetos incluindo o cabeçalho (+24 bytes)

210. Router ID : 32 bits

211. Área ID : 32 bits

212. Tipo de autenticação : ausente, password ou encriptação

213. Dados de autenticação : usados no procedimento de autenticação

215. O roteador designado (o de maior prioridade) será o responsável pelo envio de anúncios da rede em questão

217. Como a base de topologia pode ser muito grande, muitas mensagens podem ser usadas (campos I, M e seq. number)

219. Tabelas da rede sob as métricas de atraso, velocidade e confiabilidade podem ser usadas independentemente de acordo com o type-of-service (roteamentos independentes) Anúncio (enlace de roteador, rede, resumo ou AS externo)

221. É um protocolo proprietário de roteamento baseado no algoritmo de distance vector desenvolvido nos anos 80

222. Adequado em redes IP mas também portado para outras como CLNP

223. Utiliza uma combinação de métricas na decisão roteamento

225. Baseado em relacionamentos entre roteadores vizinhos ( mensagens hello)

226. Hello de 5 seg (links alta velocidade) e 60 seg (links baixa velocidade) – ajustável

227. Sempre lida com os endereços primários das interfaces

228. Métricas: basicamente largura de banda e atraso total - é aplicada uma fórmula específica

229. Quando for necessário a informação de uma rota específica, pode ser enviada somente parte da tabela pelo vizinho e não toda ela

231. Evita loops com “ split horizon ” e “ poison reverse ”

232. Pode ser configurado para utilizar parte do link e não todo em casos de links de baixa velocidade

235. Um roteador master assume depois de eleição

236. Incompatível com HSRP (Cisco)

237. Escopo -> LAN

238. Usa multicast

239. Só IPv4

240. VR -> VR ID + IP's associados

244. VRRP – Cenário 2 – 2 VRouters

247. Os 2 seguintes (00-01) indicam que é um AC VRRP

250. Esquema de endereçamento IP na Internet dificulta esta mobilidade – na Internet o endereçamento está relacionado com a topologia da rede

251. Impossível manter tabelas de roteamento para cada host na Internet

252. Um grupo de trabalho do IETF (atualmente na RFC 3344) estuda mecanismos para que seja possível a mobilidade em redes IP de forma automática

253. Características desejadas: transparência, interoperabilidade com as versões atuais de IP (IPv4) e segurança

254. Não prevê movimentação em alta velocidade como celular (geração de grande overhead )

256. Um host terá 2 endereços (primário fixo e um secundário temporário)

259. Mobilidade IP

261. Um host móvel deve se cadastrar com o agente estrangeiro na rede sendo visitada

262. É usada porta UDP 434

263. Ele deve encaminhar o pedido de encaminhamento de pacotes para o seu home agent via o foreign agent

264. Ele deve então conseguir um IP care-of para esta rede

266. Quando o visitante for se comunicar o endereço de origem a ser usado é o seu primário (necessidade de acordo com o ISP)

267. Assim, toda resposta para ele será encaminhada para a rede home , e o home agent deve encaminhar para o túnel

269. O uso de proxy ARP pelo foreign agent na rede remota permite a entrega direta de pacotes sem passar pelo túnel

270. Visa também evitar o ponto de falha que seria o home agent

272. Na volta à rede original o host deve corrigir sua tabela de roteamento antes de retirar seu registro

273. Necessidade de padronização de mecanismos de segurança (RFC 2002 propõe MD5 chaveado para autenticação e sugere outros mecanismos para casos em que privacidade for necessária)

275. O roteamento multicast se altera com a inclusão/saída de um host do grupo multicast

276. Para encaminhar pacotes multicast, os roteadores devem examinar mais do que simplesmente o endereço de destino

277. Um datagrama multicasting pode ser gerado por um host que não faz parte do grupo e passar por redes que não possuam membros deste grupo

279. Para cada origem possível existe uma árvore de distribuição

280. A informação de grupos/membros deve ser conhecida pelos roteadores a todo momento mas existe a preocupação de não afogar a rede com estas atualizações

281. Não há ainda um mecanismo de multicasting sendo largamente adotado na Internet

283. Os pacotes são transmitidos pela origem e seguem sendo replicados em todos os segmentos que compõem o caminho de forma que um pacote chegue para cada segmento, INDEPENDENTE DO NÚMERO DE ESTAÇÕES DO GRUPO NO SEGMENTO

284. Com isso se reduz o tráfego necessário

285. Para fazer parte de um grupo, cada novo participante deve sinalizar isso de forma dinâmica para os roteadores que o atendem (IGMP)

286. Os roteadores devem trocar informação sobre que segmentos contém elementos do grupo

287. Com isso montam as árvores com os caminhos multicast

288. Para esta troca de informação eles necessitam de um protocolo de roteamento multicast

290. Roteamento Multicast

292. TRPF - Truncated R everse Path Forwarding – sofisticação do algoritmo acima que evita o broadcast nas interfaces registrando que grupos são acessados por quais interfaces

294. data-driven (só divulga a informação de grupos quando chegam datagramas para aquele grupo)

296. Árvores spanning tree criadas com centro ( core ou root ) aproximadamente no centro do grupo

297. Pacotes para o grupo são enviados para o core que os encaminha pela árvore.

299. Trata multicast dentro de uma área

300. Usa ABR ( area border router ) para propagar informação para fora da área

303. Depende de uma instância de roteamento unicast (ao contrário de DVMRP)

305. Root -> rendez-vous point

306. Também tem problemas de escalabilidade

308. Idéia básica: túneis entre os vários RPs dos domínios

309. MSDP é usado para divulgar informações de grupos multicast entre os RPs

311. Exige um protocolo de troca de informações de rotas

312. Protocolos de roteamento com extensões apropriadas para divulgação de rotas e recursos disponíveis na rede

313. Constraint-based routing - CBR - capacidade de encontrar caminhos com base em mecanismos de otimização e critérios de restrição

314. Suporta critérios relacionados com recursos disponíveis (por exemplo: banda disponível) e também relacionados com aspectos administrativos (por exemplo: clientes VIP)

315. Suporte a rotas hot stand-by

316. RSVP pode estabelecer caminhos sobre uma rede MPLS com base em critérios CBR

317. Pode-se ainda estabelecer rotas manualmente

319. Adequado para redes onde exista um backbone centralizado

320. Toda a informação sobre destinos estaria armazenada nos core routers

321. Não é adequado para a Internet

322. Roteamento Interno e Externo

324. Uma forma de reduzir tabelas de roteamento é hierarquizar a estrutura de forma que as tabelas sejam resumidas

325. Roteamento Hierárquico

326. Autonomous System - AS (Sistema Autônomo) IGP – Interior Gateway Protocol EGP – Exterior gateway Protocol AS AS

328. Assumem que todos os roteadores compartilham as mesmas métricas

329. Podem existir diferenças de prioridades e restrições entre AS’s (diferentes políticas implementadas)

330. Uso de flooding de informação de link state pode se tornar intolerável

334. Apesar dos roteadores trocarem informação de roteamento, é impraticável que todos os roteadores de um rede grande pertençam a um mesmo nível de roteamento externo

335. É utilizado então um mecanismo que processe informações de roteamento dentro do AS (IGP) e um outro que processe entre AS’s (EGP)

336. Esta estrutura oferece uma hierarquia de vários níveis para roteamento na Internet

337. Dentro de um AS existe a liberdade de se escolher a arquitetura de roteamento interna

338. Roteamento de Borda

340. Apesar dos roteadores trocarem informação de roteamento, é impraticável que todos os roteadores de um rede grande pertençam a um mesmo nível de roteamento externo

341. É utilizado então um mecanismo que processe informações de roteamento dentro do AS (IGP) e um outro que processe entre AS’s (EGP)

342. Esta estrutura oferece uma hierarquia de vários níveis para roteamento na Internet

343. Dentro de um AS existe a liberdade de se escolher a arquitetura de roteamento interna

344. Autonomous System - AS (Sistema Autônomo) AS

346. O roteamento realizado dentro de um AS (interno) se difere do realizado fora

347. Foram desenvolvidos protocolos de “borda” para lidarem com o roteamento entre AS’s (EGP’s)

348. Os EGP’s oferecem o suporte a políticas de roteamento (opções configuradas em cada rotedor – não fazem parte do protocolo)

349. Roteamento nos AS’s

351. A versão atual é a BGP-4 (RFC 1771)

353. Neighbor reachability (alcance do vizinho)

356. Não é um protocolo puramente baseado em Distance Vector nem Link State (alguns, como Tanenbaum, o consideram DV)

357. Não realiza sempre trocas completas de informação: uma vez somente isto é feito e depois são trocadas informações incrementais

358. Além das informações de destino e próximo salto (normalmente em termos de AS's), são trocados também informações dos AS’s que compõem os caminhos

360. Permite implementação de políticas de roteamento

361. Reduz uso de banda – agrega rotas

362. Maior flexibilidade

363. Foi projetado para evitar loops de topologia (usa informações de caminho completas – path attributes )

364. Sujeito aos problemas de segurança comuns em aplicações sobre TCP

366. Sessões iBGP – roteadores no mesmo AS

367. Estabelecidas através de conexões TCP entre pares BGP

368. Trocam rotas (prefixo/destino + atributos BGP)

370. NEXT_HOP: IP do roteador de borda (uso no caso de vários caminhos para o mesmo destino)

372. Se o outro roteador responder com um “ keepalive ” é sinal de que ele aceita a criação de um relacionamento

374. Para o relacionamento entre os dois roteadores permanecer ativo (alcance do vizinho), devem ser enviadas mensagens keepalive periodicamente

375. O campo Marker é acordado entre as partes e pode ser usado para sincronização ou até autenticação básica (o protocolo de transporte não define início e fim)

377. Hold timer : parâmetro incluído na mensagem de open para indicar o intervalo máximo entre duas mensagens de keepalive

378. Version (= 4)

379. BGP ID: identifica o roteador. Único para vários AS. Deve ser um de seus IP's.

380. Parâmetros opcionais: somente 1 definido, tipo de autenticação (para evitar que os mecanismos de autenticação sejam parte do BGP)

382. Ela disponibiliza para os vizinhos informações de rotas válidas na internet ( Path Attributes ) e de rotas/destinos a serem desconsiderados ( withdrawn routes)

383. Normalmente em cada AS poucos, ou somente um roteador, implementará BGP

384. Uma mensagem de notificação somente é enviada em caso de detecção de erros na operação do protocolo

385. Endereços IP são representados uma máscara numérica de 1 byte e por 1,2,3 ou 4 bytes do end. IP (dependendo da máscara))

388. Os AS’s que estão no caminho da rota (políticas de roteamento)

389. O próximo roteador de borda no caminho (lembre-se que o caminho pode conter roteadores que não implementam BGP)

393. Herança DECNet