Roteamento: Conceitos, Protocolos e Funções

Roteamento: Conceitos e Funções

O roteamento é um processo de retransmissão, com origem e destino lógicos. Cada dispositivo possui um endereço lógico. Para realizar a retransmissão, é necessário conhecer a topologia lógica e ser capaz de se comunicar com dispositivos vizinhos. A PDU (Unidade de Dados de Protocolo) é um pacote ou datagrama.

Funções do Roteamento:

• Mecanismo de aprendizado e manutenção da topologia.
• Movimento do tráfego transiente da interface de entrada para saída (comutação).

O roteador deve:

• Determinar se possui a suíte de protocolos corretamente ativa (ex: TCP/IP, IPX e DECnet).
• Conhecer a rede de destino.
• Saber qual interface de saída é o melhor caminho para o destino.

Métricas de Roteamento

As métricas são usadas pelos protocolos de roteamento para determinar o melhor caminho para um destino. Uma métrica menor indica um caminho preferencial. Se dois ou mais caminhos tiverem a mesma métrica mais baixa, todos serão compartilhados de forma igual (balanceamento de carga).

Tipos de Métricas:

• Contagem de saltos: número de roteadores pelos quais o pacote passa.
• Custo: largura de banda.
• Valor composto: combinação de várias métricas.

Exemplos de Protocolos e suas Métricas

• IGRP:
  • Utilizado em redes TCP/IP de grande porte.
  • Métricas: largura de banda, atraso (padrão), confiabilidade, carga e MTU (Unidade Máxima de Transmissão).
  • Balanceamento de carga em caminhos de custo diferente.
• RIP:
  • Utilizado em redes TCP/IP de pequeno a médio porte.
  • Métrica: contagem de saltos.

Distância Administrativa

A distância administrativa é um método para seleção dos protocolos de roteamento IP, medindo a confiança na origem das informações. É útil quando se aprende sobre uma rota de destino de mais de uma origem. Preferências: entradas manuais, métricas sofisticadas e valores mais baixos.

Função de Comutação

O pacote é aceito se o cabeçalho do frame possuir o endereço da Camada 2, endereço de broadcast ou multicast. O roteador verifica o campo de rede lógica no cabeçalho para associar ao próximo salto. A pesquisa é feita na tabela ARP (LAN) ou na tabela de mapeamento das interfaces (WAN) para obter o endereço físico (Camada 2). O roteador cria na memória o cabeçalho do frame (TTL e CRC).

Processo de Comutação:

• Interface de entrada: verifica enquadramento e pacote de buffer.
• Tabela de roteamento: associa o dispositivo lógico do próximo salto ao endereço físico para criar o cabeçalho do frame.
• Cache ARP (LAN) ou Tabela de mapa (WAN): associa o dispositivo lógico do próximo salto ao endereço físico para criar o cabeçalho do frame.
• Interface de saída: encapsula o pacote e encaminha o frame.

Roteamento Classful

Protocolos de roteamento classful não enviam informações de máscara de sub-rede juntamente com cada endereço de rede. Todas as sub-redes do mesmo número de rede principal (Classe A, B ou C) devem usar a mesma máscara de sub-rede. Ex: RIPv1 e IGRP.

Rotas Classful

O administrador deve implantar o uso de máscaras consistentes. Os protocolos de roteamento trocam rotas para as sub-redes dentro da mesma rede principal (Classe A, B ou C), pois todas as sub-redes da rede principal devem ter a mesma máscara de sub-rede.

Protocolos Classless

Protocolos de segunda geração, como OSPF, EIGRP, RIPv2, IS-IS e BGP-4. A limitação dos protocolos classful é que a máscara de sub-rede não é trocada durante a atualização de roteamento. Os protocolos classless anunciam a máscara de sub-rede de cada rota, viabilizando a pesquisa na tabela. Realizam resumo automático para uma rede classful com máscara de sub-rede padrão. O processo de resumo pode ser controlado manualmente, podendo ser invocado em qualquer posição de bit.

A propagação de rotas de sub-rede por domínio de roteamento, com resumo das tabelas, permite:

• Evitar a utilização ineficiente dos endereços de host (classful rígida).
• Utilizar diferentes máscaras dentro de uma mesma rede principal (VLSM).
• Alocação eficiente das máscaras.

A limitação classful é que a máscara deve ser aplicada a todas as interfaces de roteador da rede.

Distance Vector

As atualizações são geralmente enviadas para dispositivos de roteamento conectados diretamente, utilizando um endereço de broadcast lógico. A tabela completa é enviada para verificar todas as rotas conhecidas e atualizar a tabela local. O conhecimento da topologia da rede é baseado na perspectiva do vizinho. A abordagem é o roteamento por rumo. O protocolo puro envia toda a sua tabela de roteamento.

Protocolos de Roteamento

Normalmente associados à camada de rede, utilizam mecanismos de entrega da camada de rede para trocar informações de roteamento. O protocolo de roteamento em si não existe na camada de rede. Originalmente, os protocolos eram classful (ex: RIPv1), mas os mais avançados são classless (ex: RIPv2 e EIGRP). O EIGRP é um protocolo link-state.

Mecanismos para evitar problemas:

• Split Horizon: evita informações erradas no roteamento.
• Holddown: evita problemas de contagem infinita.

Link-State

• Utiliza um banco de dados complexo com informações de topologia.
• Envia pacotes link state a todos os roteadores.
• Possui uma visão em comum da rede.
• Não é suscetível a loops de roteamento.
• Atualizações são acionadas por eventos.
• Exige mais memória e processamento.
• Consome menos largura de banda.
• Utiliza o caminho mais curto.
• Mais rápido para convergir.
• Mais difícil de configurar.

Distance Vector

• Não possui informações sobre redes e roteadores distantes.
• Copia tabelas de roteamento para os vizinhos.
• Utiliza contagem de saltos como métrica.
• Visualiza a rede com as informações dos vizinhos.
• Suscetível a loops de roteamento.
• Fácil de configurar e administrar.
• Atualiza frequentemente.

Protocolos de Roteamento Link State

• Atualização: somente quando a topologia muda.
• LSA (Link State Advertisement): criado quando um enlace muda de estado.
• Propagado para vizinhos em multicast.
• Cria cópia do LSA e encaminha (flooding).
• Atualiza a tabela com o banco de dados topológicos.
• Coleta informações de rota dos outros roteadores.
• Calcula os melhores caminhos para os destinos.
• Cada roteador mantém sua própria visão da rede.
• Menor probabilidade de propagar informações incorretas.

Funções do Protocolo de Roteamento

• Responder rapidamente a mudanças na rede.
• Enviar triggered updates apenas quando ocorrer uma alteração na rede.
• Enviar atualizações periódicas.
• Usar mecanismo hello para determinar se os vizinhos podem ser alcançados.
• Pacotes hello multicast com informações sobre as redes que estão conectadas.

Vantagens dos Protocolos Link State

• Usam métricas de custo.
• Usam triggered updates e inundações (floods).
• Tempo curto de convergência.
• Roteador tem imagem completa e sincronizada da rede.
• Robustez contra loops de roteamento.
• Usam as informações mais atuais.
• Tamanho do banco de dados pode ser minimizado.
• Pacotes são sequenciados e marcados com o tempo decorrido desde a hora que chegaram.
• Roteadores conhecem a topologia.
• Suportam CIDR e VLSM.

Desvantagens dos Protocolos Link State

• Utilização de memória e processamento gera degradação de desempenho para descobrir a rede.
• Exige um projeto de rede muito rígido e um administrador de rede experiente.
• Flooding inicial pode afetar a performance e o desempenho da rede.
• Necessário dividir a rede para reduzir o tamanho das tabelas.

Convergência