Fundamentos de Roteamento: Conceitos, RIP e OSPF

Lista 08: Introdução ao Roteamento

1. Por que o roteamento é necessário nas redes WAN e não é necessário nas outras topologias?

   Em redes com topologias mais simples, como redes em estrela ou redes em anel, existe apenas um caminho para uma mensagem qualquer ir do transmissor até o receptor. Em redes mais complexas, como as WANs e, principalmente, quando temos várias redes interligadas, como é o caso da Internet atual, geralmente há vários caminhos para a mensagem, surgindo então a necessidade de determinar um caminho para a mensagem.

2. O que é roteamento?

   O roteamento é uma atividade realizada na camada de rede, cujo objetivo é definir qual será o caminho trilhado pelos dados (empacotados) até chegarem ao seu destino.

3. Qual a função do protocolo de roteamento?

   Servem para trocar informações de construção de uma tabela de roteamento e fornecer a informação necessária para fazer o roteamento.

4. Um roteador efetua basicamente 2 funções: roteamento e comutação. Explique cada uma delas.

   Roteamento: escolhe rotas para vários pares origem/destino ou para várias sessões.

5. Em qual das camadas do modelo de referência OSI da ISO são executadas as funções de roteamento?

   CAMADA 3 (REDE).

6. Dependendo da forma como é definida a melhor rota, os protocolos de roteamento podem ser divididos em 2 classes. Cite e explique cada uma delas.
   • Protocolos Vetor de Distância: O roteador se comunica com outro informando a quantidade de saltos.
   • Protocolo de Estado de Enlace: Ele trabalha com índices (métricas). A rede se torna muito mais flexível, onde o administrador da rede define como trabalhar, levando agora em conta a condição do caminho dos saltos.
7. O roteamento é feito tomando por base o endereço lógico das estações. Qual a vantagem desta abordagem?

   A vantagem do uso de endereços lógicos em redes grandes é que eles são mais fáceis de serem organizados hierarquicamente, isto é, de uma forma padronizada. Mesmo que um roteador não saiba onde está fisicamente localizada uma máquina que possua um determinado endereço, ele envia o pacote de dados para um outro roteador que tenha probabilidade de saber onde esse pacote deve ser entregue (roteador hierarquicamente superior).

   É uma entrada que tem na tabela de roteamento, que tem a função de encaminhar para o outro default gateway e incrementar mais um até que seja recebido pelo local de destino ou controlar o tempo de vida do pacote, onde se for zerado este tempo ele acaba com o pacote.

8. Como são atualizadas as tabelas de roteamento quando é usado roteamento dinâmico?

   Os roteadores trocam informações para atualizar as tabelas.

9. Para efetuar a função de roteamento, os roteadores guardam, em uma estrutura de dados chamada tabela de roteamento, informações sobre as diferentes rotas. Dependendo da forma como o roteador recebe os dados para atualizar a sua tabela de roteamento podemos ter: roteamento estático e roteamento dinâmico. Explique a diferença entre as duas formas de roteamento e a situação mais adequada para a utilização de cada uma delas.

   (Resposta não fornecida no original.)

10. Por que o roteamento estático não é usado na Internet?

    Porque não é viável realizar essa configuração manualmente em uma rede de grande escala como a Internet.

Lista 9: Protocolo RIP (Routing Information Protocol)

1. Cite as principais características do protocolo de roteamento RIP.

   Protocolo relativamente antigo, mas ainda é bastante utilizado em redes pequenas. Por se tratar de um protocolo antigo e simples, quase todos os roteadores podem utilizá-lo. É de fácil configuração, pouca complexidade e é baseado no algoritmo de vetor de distância.

2. Qual é a métrica usada no protocolo RIP para definir a melhor rota?

   Usa a métrica de contagem de passos da rota (hop count metric) para medir a distância para determinado destino.

3. Que informações são mantidas nas tabelas de roteamento dos roteadores no protocolo RIP?

   Endereço IP de destino, distância, endereço IP do próximo roteador, temporizador holddown, temporizador route-flush.

4. Qual a função dos temporizadores holddown e route-flush armazenados na tabela de roteamento do protocolo RIP?

   São usados quando uma rota se torna inoperante. Servem para controlar a retirada da rota da tabela.

5. Explique o conceito de tempo de convergência aplicado ao protocolo RIP.

   É o processo em que, quando ocorre uma alteração na rede, inicialmente apenas um ou, no máximo, poucos roteadores a percebem. Aos poucos, esta informação é passada para os demais, até que todos tenham as mesmas informações (convergência).

6. Por que a convergência é lenta no protocolo RIP?

   Para não haver excesso de mensagens de atualização circulando na rede, sobrecarregando-a.

7. Quais são os principais problemas decorrentes da lenta convergência do protocolo RIP?

   Problema dos loops de roteamento e o problema da contagem até o infinito.

8. A convergência é lenta no protocolo RIP porque quando ocorre uma alteração na estrutura da rede, inicialmente apenas um roteador toma conhecimento do fato. Esta informação só é repassada quando for atingido o próximo intervalo de atualização e será repassada apenas aos roteadores diretamente ligados aos roteadores já informados. Cada roteador aguarda o próximo intervalo de atualização para repassar as informações após tê-las recebido. O que aconteceria se diminuíssemos o intervalo de atualização para diminuir o tempo de convergência do protocolo?

   A diminuição do intervalo de atualização aumentaria o tráfego de controle na rede, sobrecarregando-a.

   É a convergência que ocorre no protocolo RIP, causada através da lentidão da convergência. Outra situação seria quando um roteador envia informações corretas sobre um destino inalcançável e, logo em seguida, recebe informações erradas de algum roteador vizinho que ainda não atualizou sua tabela de roteamento corretamente.

9. Explique o que é o problema da contagem até o infinito que pode ocorrer no protocolo RIP.

   Uma vez estabelecido o loop, o roteador contamina os demais, podendo, em determinadas situações, contaminar indefinidamente, aumentando as distâncias de cada rota a cada ciclo.

10. Quais as soluções adotadas no protocolo RIP para evitar os problemas de loop de roteamento e de contagem até o infinito?

    Definição de uma distância máxima e temporizadores.

11. Para evitar o problema da contagem até o infinito, o protocolo RIP adota a estratégia de Definição de uma distância máxima. Em que consiste esta estratégia?

    Em vez de deixar que as distâncias das rotas aumentem indefinidamente, o protocolo RIP estabelece um valor máximo para a distância de uma rota. O valor máximo padrão é de 15. Isto significa que qualquer rota cuja distância ultrapassar o valor 15 será considerada inalcançável e o pacote será descartado.

12. Qual é o problema que existe com a estratégia de definição de uma distância máxima no protocolo RIP?

    Limitação do tamanho da Rede. O problema ocorre quando um roteador envia informações corretas sobre um destino inalcançável e, logo em seguida, recebe informações erradas de algum roteador vizinho que ainda não atualizou sua tabela de roteamento corretamente.

13. A estratégia de definição de uma distância máxima no protocolo RIP limita o tamanho da rede. O que ocorreria se aumentássemos o valor da distância máxima para permitirmos a utilização do protocolo RIP em redes maiores?

    Para redes maiores, com muitas rotas e muitos roteadores, este método é simplesmente impraticável. A simples adição de uma nova rota exigiria a alteração das tabelas de roteamento em todos os roteadores da rede.

14. Para evitar os problemas de loops de roteamento, o protocolo RIP adota a estratégia do split horizon. Em que consiste esta estratégia?

    O roteador registra a interface na qual recebeu as informações sobre uma rota e não difunde informações sobre esta rota através desta mesma interface.

15. Quais são as principais desvantagens do protocolo RIP?
    • A utilização da distância máxima para evitar o problema da contagem até o infinito causado pela lenta convergência do protocolo limita o tamanho da rede.
    • O protocolo RIP não dá suporte para máscaras de rede diferentes das máscaras padrões, o que dificulta sua utilização em redes segmentadas.
    • A falta de um mecanismo de autenticação das mensagens de atualização deixa o sistema vulnerável a ataques. Um programa malicioso pode alterar as rotas e desviar o tráfego para onde desejar.
16. Quais são as principais vantagens do protocolo RIP?

    Ser bastante simples, estar disponível na maioria dos sistemas operacionais e ser fácil de implementar.

Protocolo OSPF (Open Shortest Path First)

1. Cite as principais características do protocolo OSPF.

   O OSPF é um protocolo do tipo link-state (estado de enlace). Em vez de considerar apenas o número de roteadores para calcular a melhor rota, considera também o estado dos enlaces: a largura de banda, a capacidade de transmissão, etc. Deste modo, pode encontrar de forma mais apurada a rota mais rápida.

2. Os protocolos de roteamento baseados em distância armazenam informações apenas sobre as menores rotas para cada destino conhecido. E o protocolo OSPF?

   Ao contrário dos protocolos do tipo distance vector, como o protocolo RIP, o OSPF mantém informações sobre toda a topologia da rede e não apenas da vizinhança imediata.

3. O protocolo OSPF armazena informações sobre cada enlace que compõe a rede. É este conjunto de informações que constitui a tabela de roteamento do protocolo OSPF?

   Sim, pois as informações sobre a topologia da rede são obtidas por meio dos LSA (Link State Advertisements).

4. O que é e qual é a função da base de dados topológica usada no protocolo OSPF?

   Uma base de dados topológica é, basicamente, uma forma geral de relação entre redes e roteadores. Cada roteador mantém uma base de dados topológica.

5. Como são chamadas as mensagens trocadas entre os roteadores para informar as alterações ocorridas no estado dos enlaces no protocolo OSPF?

   LSA (Link State Advertisements).

6. Como são definidas as rotas no protocolo OSPF?

   Cada roteador armazena em uma base de dados as informações sobre a topologia da rede que recebe dos outros roteadores e usa o algoritmo SPF para calcular a tabela de roteamento com estas informações, escolhendo através do peso de cada uma.

7. Como o protocolo OSPF armazena na base de dados topológica informações sobre o estado de cada enlace da rede, se a rede for muito grande a base de dados tende a crescer muito. Qual a solução adotada no protocolo OSPF para minimizar este problema?

   O OSPF organiza a rede de forma hierárquica (divisão em áreas).

8. Como a divisão da rede em áreas no protocolo OSPF ajuda a diminuir o tamanho da base de dados topológica?

   O conceito de área limita o tamanho da base de dados topológica que tem que ser mantida pelos roteadores e tem impacto direto (reduzindo) sobre o processamento que precisa ser feito em cada roteador e na quantidade de informação sobre o estado dos enlaces que precisa circular pela rede em direção aos outros roteadores.

9. O que é um AS no protocolo OSPF?

   Um AS (Autonomous System) é um conjunto de redes sob a mesma administração e que tem uma estratégia de roteamento comum.

10. No protocolo OSPF, um AS (Autonomous System) pode ser organizado em uma estrutura hierárquica para diminuir o tamanho da base de dados topológica. Temos, então, o backbone e 2 ou mais áreas. Classifique os roteadores de acordo com a sua posição e função dentro desta estrutura hierárquica.
    • Backbone;
    • Roteadores Internos (IAR - Intra Area Router);
    • Roteadores de Borda de Área (ABR - Area Border Router);
    • Roteadores de Borda de Sistema Autônomo (ASBR - Autonomous System Border Router);
    • Área Stub.
11. Quais são os critérios usados para definir as áreas no protocolo OSPF?

    Dentro de uma área OSPF, todos os roteadores têm conhecimento da mesma topologia de rede interna à área. Os roteadores internos à área não têm conhecimento da topologia das redes externas à área, apenas conhecem as rotas para esses destinos. E a topologia de uma área é invisível para as entidades fora dela.

12. No protocolo OSPF, qual a principal característica das bases de dados topológicas dos roteadores de uma mesma área?

    Ela contém informações recebidas de todos os roteadores de uma mesma área. Como os roteadores de uma mesma área recebem as mesmas informações, suas bases de dados topológicas são iguais.

13. No protocolo OSPF, como são atualizadas as bases de dados topológicas?

    Quando um roteador recebe uma informação mais atualizada de outro roteador ou quando o roteador, baseado no campo LS age, descobre que a entrada na base de dados está obsoleta.

14. Quais são os critérios para um roteador atualizar a sua tabela de roteamento no protocolo OSPF?

    (Resposta não fornecida no original.)

15. No protocolo OSPF, quando um roteador descobre que tem uma informação desatualizada na sua base de dados topológica ele tenta atualizá-la. Como o roteador descobre que a informação está desatualizada e como ele faz para atualizá-la?

    Quando o roteador percebe que está com uma informação obsoleta, ele usa o pacote Link State Request para solicitar uma cópia mais atualizada dos outros roteadores.

    A troca de informações é centralizada no DR (Designated Router). Todos os roteadores da área enviam seus LSA para o DR, que se encarrega de repassá-los para os demais roteadores.

16. Como é definido o DR (Designated Router) de cada área?

    O DR de cada área é um roteador escolhido por meio de uma eleição.

17. Quais são os tipos de pacote usados no protocolo OSPF?
    • Hello
    • Database Description
    • Link State Request
    • Link State Update
    • Link State Acknowledgement
18. Qual é a função do pacote Hello no protocolo OSPF?

    Os pacotes Hello são usados para descobrir (e manter) relacionamentos de adjacência e para eleição dos Designated Routers (DR) e dos Backup Designated Routers (BDR) em redes de multi-acesso.

19. Qual é a função do pacote Database Description no protocolo OSPF?

    O pacote Database Description é enviado quando se deseja iniciar uma adjacência. Serve para descrever a base de dados topológica.

20. Qual é a função do pacote Link State Request no protocolo OSPF?

    Este pacote é utilizado quando um roteador, ao analisar o valor do campo LS age no cabeçalho da entrada na base de dados topológica, verifica que está com informações obsoletas.

21. Qual é a função do pacote Link State Update no protocolo OSPF?

    Este pacote é usado no processo de atualização das bases de dados topológicas.

22. Qual é a função do pacote Link State Acknowledgement no protocolo OSPF?

    É usado no processo de atualização das bases de dados topológicas e é enviado para indicar o recebimento dos LSA.

23. A existência do DR (Designated Router) no protocolo OSPF constitui um ponto único de falha, que compromete o funcionamento do protocolo, caso ele se torne inoperante. Qual a solução adotada no protocolo OSPF para este problema?

    A solução é a utilização do Backup Designated Router (BDR), que assume o lugar do DR quando este se torna inoperante.