Protocolo De Roteamento 1/45.

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1 Protocolo De Roteamento 1/45

2 (Open Shortest Path First)
OSPF (Open Shortest Path First) 1/45

3 O que é um protocolo de roteamento
Os protocolos de roteamento definem as regras para que os roteadores possam se comunicar. Sendo ele a comunicação usada entre os roteadores. O protocolo permite que um roteador compartilhe informações com outros roteadores a respeito das redes que ele conhece e da sua proximidade com outros roteadores. As informações que um roteador obtém de outro, usando um protocolo de roteamento, são usadas para construir e manter uma tabela de roteamento. 1/45

4 Objetivo :protocolo de roteamento
O objetivo de um protocolo de roteamento é construir e manter a tabela de roteamento. Essa tabela contém as redes conhecidas e as portas associadas a essas redes. Os roteadores usam protocolos para gerenciar as informações recebidas de outros roteadores, informações obtidas da configuração de suas próprias interfaces e rotas configuradas manualmente. O protocolo de roteamento aprende todas as rotas disponíveis, coloca as melhores rotas na tabela de roteamento e remove rotas quando elas não são mais válidas. O roteador usa as informações da tabela de roteamento para encaminhar pacotes de um protocolo roteado (IP). 1/45 Roteador

5 O protocolo de roteamento deve responder a algumas perguntas
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6 Os protocolos de roteamento definem as regras para que os roteadores possam se comunicar. Cada protocolo deve fornecer ao roteador basicamente as mesmas informações como: •Um destino; •O endereço de origem de roteamento; •Uma lista de caminhos; • O melhor caminho; •Uma maneira de atualização. 1/45

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8 Algoritmo de Roteamento
O algoritmo de roteamento é fundamental para o roteamento dinâmico. Sempre que houver alteração na topologia de uma rede devido a expansão, reconfiguração ou falha, a base de conhecimentos da rede também deve mudar. A base de informações sobre a rede (network knowledgebase) deve refletir uma visão precisa e consistente da nova topologia. 1/45

9 Classificando os protocolos de roteamento
Os protocolos de roteamento podem ser classificados como: • Distance Vector – originalmente desenhado para pequenas redes com um reduzido número de meios. Muitos dos antigos protocolos de roteamento são Distance Vector. • Link State – Desenhados para redes grandes e em crescimento que comumente agregam vários tipos de meios. 1/45

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11 Introdução OSPF O Ospf rotea pacotes IP baseando-se apenas no endereço de destino e no TOS, ambos pertencentes ao protocolo IP. Os pacotes IP são roteados sem emcapsulamento de nenhum outro header de protocolo.O OSPF e um protocolo de roteamento dinâmico.O protocolo rapidamente detecta mudanças no S.A( como falhas na interface de roteamento) e calcula novas rotas, livres de loops, apos o período de convergência. Este período de convergência e pequeno e envolve o mínimo de trafego de roteamento. O OSPF calcula separadamente rotas para cada type of service(TOS).Quando varias rotas de custos iguais existem para um destino, o trafego e distribuído igualmente sobre elas.O custo de uma rota e descrito por uma métrica. O OSPF permite conjuntos de redes serem agrupados.Este grupo e chamado de área.A topologia de uma área não e vista pelo resto do S.A.Esta informação ocultada, permite uma redução significativa no trafego de roteamento,Da mesma forma, o roteamento de uma área e determinado apenas pela topologia da área, dando proteção a área de dados de roteamentos errados. 1/45

12 Introdução OSPF O protocolo OSPF permite uma configuração flexível de sub-redes IP.Cada rota distribuída pelo OSPF possui um destino e uma mascara. Duas sub-redes diferentes em um mesmo numero IP de rede pode ter diferentes tamanhos(mascaras).Isto e comumente referenciado como tamanho variável de sub-redes.Um pacote e roteado para melhor combinação. Toda troca do protocolo OSPF e autenticada.Isto significa que apenas rotas confiáveis podem participar do roteamento de um sistema autônomo.Uma variedade de esquemas de autenticação pode ser usado.Um esquema simples de autenticação e configurado para cada área.Isto permite algumas áreas usar autenticação mais restrita que outras. Dados externos de roteamento(oriundos do EGP) e passado transparentemente pelo S.A.Estes dados sao conservados separados dos dados OSPF de Link satate. cada rota externa pode ser etiquetada pelo roteador que esta anunciando, permitindo a passagem de informação adicional entre roteadores das fronteiras de um S.A. 1/45

13 Histórico OSPF •OSPF é um dos mais importantes protocolos link-state. Ele se baseia em padrões abertos, o que significa que pode ser desenvolvido e aperfeiçoado por vários fabricantes. É um protocolo complexo e um desafio para implementação em uma rede grande. •O OSPF tem diversos recursos e procedimentos de configuração exclusivos. Esses recursos tornam o OSPF uma poderosa opção de protocolo de roteamento, mas também fazem dele um desafio para a configuração. •O OSPF é um protocolo especialmente projetado, pelo IETF (em 1990), para o ambiente TCP/IP para ser usado internamente em sistemas autônomos. Sua transmissão é baseada no Link State Routing Protocol e a busca do menor caminho é computada localmente, usando o algoritmo Shortest Path First (SPF). O projeto do OSPF segue o padrão do link state protocol, isto é, possui banco de dados distribuído, definição de adjacência, rotas externas, entradas especiais e o protocolo "flooding". Além disso, suporta não só redes ponto-a-ponto como Ethernet, token rings, ATM ou anéis FDDI, ou seja, suporta redes de multiacesso com broadcast e sem broadcast. 1/45

14 Link State para o OSPF 1/45

15 Os protocolos por estado dos links requerem mais memória e realizam mais processamento do que os protocolos de roteamento por vetor da distância. Os roteadores precisam ter memória suficiente para guardar todas as informações de vários bancos de dados, a árvore de topologia e a tabela de roteamento. A enxurrada inicial de pacotes de estado dos links consome largura de banda. Durante o processo inicial de descoberta, todos os roteadores enviam pacotes LSA a todos os outros roteadores. Essa ação inunda o grupo de redes interconectadas (internetwork) e reduz temporariamente a largura de banda disponível para o tráfego roteado que transporta os dados dos usuários. 1/45

16 Características do protocolo OSPF
O OSPF (Open Shortest Path First) é um protocolo de roteamento por estado dos links não-proprietário. As principais características dele são: * Protocolo de roteamento por estado dos links. * Protocolo de roteamento de padrão aberto, descrito na RFC * Usa o algoritmo SPF para calcular o menor custo até um destino. * Quando ocorrem alterações na topologia, há uma enxurrada de atualizações de roteamento. 1/45

17 O OSPF suporta os seguintes tipos de redes:
Ponto a Ponto: Uma rede que possui um par de roteadores.Uma linha 56k serial e um exemplo de uma rede ponto a ponto. Broadcast: Redes que suportam mais de um roteadores, que juntos possuem a capacidade de enderecar um mensgem para todos os outros roteadores(broadcast). Nao-Brosadcat: Redes que possuem v rios rotadores, porem nao possuem a capacidade de broadcast.Como exemplo temos a rede publica X25. A vizinhanca de cada nodo da rede no grafo depende de onde a rede possui capacidade de multiacesso(broadcast ou nao) e se possui esta capacidade, o numero de roteadores que possuem interface com a rede. 1/45

18 TOS - Type of Service O TOS e uma informacao do cabecalho IP que possui o tamanho de 8 bits, dispostos da seguinte maneira: 1/45

19 TOS - Type of Service Apesar da maioria dos hosts e gateways ignorarem o TOS, ele e importante porque prove um mecanismo que ira eventualmente permitir uma maior eficiência.O TOS especifica maneira de como um datagrama deve ser manipulado.A precedência indica a importância a ser dada para o datagrama.Pode ser especificada em valores de um a sete. Os bits D,T e R especificam o tipo de transporte desejado pelo emissor do datagrama.D requer um baixo delay, T requer high throughput e R requer high reliability.Muitas vezes não e possível para internet garantir o tipo de servico requerido. TOS - Type of Service 1/45

20 Roteamento baseado no TOS
OSPF pode calcular um conjunto separado de rotas para cada Type of Service IP.O valor TOS IP e representado no OSPF exatamente como ele aparece no cabeçalho do pacote IP.Isto significa que , para cada destino, pode haver potencialmente varias entradas na tabela de roteamento, uma para cada TOS IP. Ate este ponto , todos os exemplos mostrados, assumiam que as rotas não variavam com o TOS.Para diferenciar rotas baseadas no TOS, interfaces de custos distintas podem ser configuradas para cada TOS.Quando o custo de uma interface varia baseada no TOS, uma arvore de SPF e calculada para cada TOS. Todas as implementações OSPF devem ser capazes de calculara rotas baseadas noTOS.Contudo,roteadores OSPF podem ser configurados para rotear todos os pacotes com o caminho TOS = 0 (não especificado), eliminando-se a necessidade de se calcular rotas para outros TOS.Isto pode ser usado para conservar o espaço da tabela de roteamento e processamento de recursos do roteador.Roteadores para TOS=0 podem ser conectados a roteadores baseados no TOS.Roteamento baseados em TOS não especificado devem ser evitados quando a analise de trafego e necessária. 1/45

21 Algoritmo SPF A abordagem pelo estado dos links, também chamada de SPF (shortest path first - caminho mais curto primeiro), recria a topologia exata de todo o grupo de redes interconectadas (internetwork). Os algoritmos de roteamento por estado dos links mantêm um banco de dados complexo com as informações da topologia. Ele mantém um conhecimento completo sobre os roteadores distantes e sobre como eles se interconectam. O SPF funciona de modo diferente do vetor-distância, ao invés de ter na tabela as melhores rotas, todos os nós possuem todos os links da rede. Cada rota contém o identificador de interface, o número do enlace e a distância ou métrica. Com essas informações os nós (roteadores) descobrem sozinhos a melhor rota. Abaixo veremos a tabela formada pelo algorítmo SPF em cada um dos nós, utilizando a mesma rede e métrica exemplificada para o RIP: 1/45

22 Algoritmo SPF Quando ocorre uma alteração em um dos enlaces da rede, os nós adjacentes o percebem e avisam aos seus vizinhos. Para os vizinhos saberem se este aviso é novo ou velho, é necessário um campo no pacote com número da mensagem ou sua hora. Portanto, quando um nó recebe uma mensagem, primeiro é feita a verificação da existência ou não desta rota, se ela não existir é adicionada. Se existe, compara-se o número da mensagem recebida com a rota da tabela. Se o número da mensagem recebida for maior que a da tabela, a rota é substituida, caso contrário, a rota da tabela é transmitida como uma nova mensagem. Se os números forem iguais nada é feito. Este processo é chamado de Flooding. 1/45

23 Algoritmo SPF O OSPF possui uma série de proteções contra alguns perigos como erros de memória, falhas nos processos de flooding ou mesmo contra introdução voluntária de informação enganosa. São elas: Os pacotes de descrição da tabela são enviados de forma segura; Cada entrada é protegida por um contador de tempo e é removida da tabela se um pacote de atualização não chegar em um determinado tempo; Todas as entradas são protegidas por verificação de soma; As mensagens podem ser autenticadas; O processo de flooding inclui notificação de reconhecimento salto por salto. 1/45

24 O roteamento por estado dos links utiliza:
* Anúncios do estado dos links (Link-state advertisements – LSAs) – Um anúncio do estado dos links (LSA) é um pequeno pacote de informações de roteamento que é enviado entre os roteadores. * Banco de dados topológico – Um banco de dados topológico é uma coleção de informações reunidas a partir dos LSAs. * Algoritmo SPF – O algoritmo SPF (o caminho mais curto primeiro) é um cálculo realizado no banco de dados e que resulta na árvore SPF. * Tabelas de roteamento – Uma lista das interfaces e dos caminhos conhecidos. 1/45

25 Processo de descoberta de redes no roteamento por estado dos links
Os LSAs são trocados entre os roteadores, começando pelas redes conectadas diretamente para as quais eles tenham informações diretas. Cada roteador, em paralelo com os outros, constrói um banco de dados topológico, que consiste em todos os LSAs trocados. O algoritmo SPF calcula a alcançabilidade da rede. O roteador constrói essa topologia lógica como uma árvore, tendo a si mesmo como a raiz (root), que consiste em todos os possíveis caminhos para cada rede no grupo de redes interconectadas (internetwork) onde está sendo utilizado o protocolo por estado de enlace. Em seguida, ele ordena esses caminhos, colocando os caminhos mais curtos primeiro (SPF). O roteador lista os melhores caminhos e as interfaces para essas redes de destino na tabela de roteamento. Ele também mantém outros bancos de dados de elementos da topologia e detalhes de status. 1/45

26 O roteador que primeiro toma conhecimento de uma alteração na topologia por estado dos links encaminha essa informação para que os outros roteadores possam utilizá-la para as atualizações. Isso envolve o envio de informações comuns de roteamento a todos os roteadores do grupo de redes interconectadas (internetwork). Para alcançar a convergência, cada roteador rastreia seus vizinhos quanto ao nome do roteador, o status da interface e o custo do link até esse vizinho. O roteador constrói um pacote LSA, que lista essas informações, juntamente com os novos vizinhos, as mudanças nos custos dos links e os links que não são mais válidos. Em seguida, o pacote LSA é distribuído para que todos os outros roteadores o recebam. 1/45

27 Quando o roteador recebe um LSA, o banco de dados é atualizado com as informações mais recentes. Ele calcula um mapa do grupo de redes interconectadas (internetwork) usando os dados acumulados e determina o caminho mais curto para outras redes usando o algoritmo SPF. Cada vez que um LSA causa uma alteração no banco de dados de estado dos links, o SPF recalcula os melhores caminhos e atualiza a tabela de roteamento. 1/45

28 Algoritmo de Dijkstra(OSPF)
Nesse algoritmo, o melhor caminho é o caminho com menor custo. O algoritmo foi desenvolvido por Dijkstra, um cientista da computação holandês, e foi explicado em O algoritmo considera uma rede como um conjunto de nós conectados por links ponto-a-ponto. Cada link tem um custo. Cada nó tem um nome. Cada nó tem um banco de dados completo de todos os links e, assim, são conhecidas todas as informações sobre a topologia física. Todos os bancos de dados de link-states, dentro de uma determinada área, são idênticos. O algoritmo de Dijkstra é o mais famoso dos algoritmos para cálculo de caminho de custo mínimo entre vértices de um grafo e, na prática, o mais empregado. Escolhido um vértice como raiz da busca, este algoritmo calcula o custo mínimo deste vértice para todos os demais vértices do grafo. O algoritmo pode ser usado sobre grafos orientados (dígrafos), ou não, e admite que todas as arestas possuem pesos não negativos (nulo é possível). Esta restrição é perfeitamente possível no contexto de redes de transportes, onde as arestas representam normalmente distâncias ou tempos médios de percurso; poderão existir, no entanto, aplicações onde as arestas apresentam pesos negativos, nestes casos o algoritmo não funcionará corretamente. 1/45

29 Exemplo de utilização do Dijkstra
Queremos achar o melhor caminho entre A e E (veja abaixo). Podemos ver que existem 6 possibilidades de caminhos entre A e E (ABE, ACE, ABDE, ACDE, ABDCE, ACDBE) e é claro que ABDE é o melhor caminho porque seu peso é o menor. Mas nem tudo é tão simples e existem alguns casos complicados nos quais temos de usar algoritmos para encontrar o melhor caminho. 1/45

30 2 3 4 Chegamos ao fim. Agora temos que identificar o caminho. O nó prévio de E é D, o nó prévio de D é B e o nó prévio de B é A. Logo, o melhor caminho é ABDE. Neste caso, o peso total é 4 (1+2+1). 1/45

31 Desvantagem do Dijkstra
Apesar deste algoritmo funcionar bem, é muito complicado e toma muito tempo dos roteadores para processá-lo, com isso, a eficiência da rede diminui. Além disto, se um roteador passa uma informação errada para outros roteadores, todas as decisões dos roteadores irão se tornar ineficazes. 1/45

32 Redes OSPF (Open Shortest Path First)
•OSPF é um dos mais importantes protocolos link-state. Ele se baseia em padrões abertos, o que significa que pode ser desenvolvido e aperfeiçoado por vários fabricantes. É um protocolo complexo e um desafio para implementação em uma rede grande. •Os roteadores link-state identificam os roteadores vizinhos e então se comunicam com eles. O OSPF tem sua própria terminologia. 1/45

33 OSPF •O OSPF reúne informações dos roteadores vizinhos sobre o estado do link de cada roteador OSPF. Essa informação é despejada para todos os seus vizinhos. Um roteador OSPF anuncia os estados de seus próprios links e repassa os estados de links recebidos. •Os roteadores processam as informações sobre os link-states e criam um banco de dados de link-states. Cada roteador da área OSPF tem o mesmo banco de dados de link-states. Portanto, cada roteador tem as mesmas informações sobre o estado dos links e dos vizinhos de todos os outros roteadores. Em seguida, cada roteador aplica o algoritmo SPF em sua própria cópia do banco de dados. Esse cálculo determina a melhor rota até um destino. O algoritmo SPF aumenta o custo, que é um valor geralmente baseado na largura de banda. O caminho de menor custo é adicionado à tabela de roteamento, que também é conhecida como banco de dados de encaminhamento (forwarding database). 1/45

34 OSPF •Cada roteador mantém uma lista dos vizinhos adjacentes, chamada de banco de dados de adjacências. O banco de dados de adjacências é uma lista de todos os roteadores vizinhos com os quais um roteador estabeleceu comunicação bidirecional. Ele é exclusivo de cada roteador. •Para reduzir a quantidade de trocas de informações de roteamento entre vários vizinhos na mesma rede, os roteadores OSPF elegem um roteador designado, ou designated router (DR), e um roteador designado de backup, ou backup designated router (BDR), que atuam como pontos focais para a troca de informações de roteamento. 1/45

35 OSPF Após a convergência inicial do OSPF, manter um estado convergente é mais rápido, pois apenas as alterações da rede são despejadas para outros roteadores de uma área. O OSPF suporta VLSMs e, por isso, é chamado de protocolo classless. O OSPF seleciona um caminho usando custo, uma métrica baseada na largura de banda. Todos os roteadores OSPF precisam obter informações completas sobre as redes de cada roteador para calcular o caminho mais curto. O OSPF usa o conceito de áreas. Uma rede pode ser subdividida em grupos de roteadores. Dessa maneira, o OSPF pode limitar o tráfego a essas áreas. Alterações em uma área não afetam o desempenho em outras áreas. Essa abordagem hierárquica permite que uma rede aumente em escala de maneira eficiente. 1/45

36 Pacotes OSPF Há cinco tipos distintos de pacotes OSPF. Cada um dos cinco tipos iniciam com um cabeçalho padrão de 24 bytes. E são eles: Pacote de aviso. (Hello packet) Pacote de informações do Banco de Dados (Database Description packet) Requisição de estado de link (Link State Request packet) Atualização de estado de link (Link State Update packet) Recebimento de informações de link (Link State Acknowledgment packet) 1/45

37 Cabeçalho do pacote OSPF
Todo pacote OSPF inicia com um cabeçalho de 24 bytes. Esse cabeçalho contem todas as informações necessárias para determinar se o pacote deve ser aceito para futuras operações. O pacote tem a seguinte estrutura: 1/45

38 Version - O número da versão do protocolo OSPF.
Type - O tipo do pacote OSPF. Packet length - O tamanho do pacote em bytes. O tamanho inclui também o cabeçalho. Router ID - O identificador do roteador que enviou o pacote. Area ID - Um número de 32 bits que indica a área a qual o pacote pertence. Todo pacote é associado a uma única área. Checksum - O checksum do pacote completo, incluindo o cabeçalho, mas excluindo os 64 bits de autenticação. AuType - Indica o esquema de autenticação a ser usado no pacote. Authentication - Um campo de 64 bits usado para informar o esquema de autenticação a ser utilizado. 1/45

39 Cabeçalho do pacote OSPF
Abaixo veremos como é formado um cabeçalho do protocolo OSPF. Os números entre parênteses indicados em cada campo da mensagem indicam o número de bytes de cada campo 1/45

40 Idade do LS se refere ao tempo em segundos desde que a rota foi
primeiramente anunciada; Opções define as características do roteador que a enviou, entre elas, a capacidade de roteamento externo. Dos 8 bits que possui, somente 2 estão definidos no OSPF-2: o bit "E" (External links) e "T" (Type of Service). O primeiro indentifica as rotas externas e o segundo indica se o roteador suporta ou não este serviço; Tipo de LS caracteriza o tipo de conexão; ID do Estado da Conexão varia dependendo do tipo de LS mas, em geral, é representado pelo endereço IP e o roteador de anúncio, representado peloendereço IP do roteador que enviou a mensagem; Roteador de Anúncio especifica o roteador que enviou a rota na tabela. Para entradas de conexão de roteador, este campo é idêntico ao ID do Estado da Conexão; Número de Sequência de LS é o número usado para detectar rotas velhas e duplicadas. Quanto maior o número, mais recente é a rota. Ele é usado no algoritmo de flooding; Verificação LS é destinado ao algorítmo de verificação (checksum) e, portanto, usado para detectar dados corrompidos na rota; Comprimento especifica o comprimento da rota. 1/45

41 Comandos do OSPF Router(config-router)# network Router(config)# interface loopback 0 Router(config)# router ospf 1 Router(config-if)# ip address Router(config-if)# ip ospf priority 10 Router# show ip ospf interface type 20  1/45

42 Vantagens do OSPF sobre o RIP
Algumas vantagens do protocolo OSPF sobre o RIP, o que explica a preferência pelo OSPF em casos onde os roteadores suportam os dois protocolos. •Convergência rápida e sem loop Enquanto o RIP converge proporcionalmente ao número de nós da rede, o OSPF converge em uma proporção logarítmica ao número de enlaces. Isto torna a convergência do OSPF muito mais rápida. Além disso, no protocolo RIP, a mensagem é proporcional ao número de destinos, sendo assim se a rede é muito grande, cada mensagem terá de ser subdividida em vários pacotes, diminuindo mais ainda a velocidade de convergência. 1/45

43 Vantagens do OSPF sobre o RIP
• Caminhos Múltiplos Nem sempre a melhor rota entre X e Y deve ser a única utilizada, pois isso pode implicar em sua sobrecarga. Análises matemáticas provaram que a divisão do tráfego em duas rotas é mais eficiente. Por isso o OSPF utiliza esse método de divisão de caminhos. Essa divisão é realizada por um algorítimo muito complexo, pois, como dificilmente uma fonte e um destino tem duas rotas possíveis exatamente iguais, é feita uma análise se as rotas são suficientemente iguais. Além disso, deve-se decidir a fração do tráfego que deve ser enviado em cada uma delas. Para que tenhamos uma melhor compreensão usaremos o exemplo da rede abaixo: 1/45

44 Vantagens do OSPF sobre o RIP
Se tratando do tráfego entre X e Y, seria razoável se mandássemos 2/3 do pacote pelo caminho mais curto e 1/3 por Y. Mas isto gera um conflito se levarmos em consideração o tráfego entre X e Z, que ao enviar por X, seria formado um loop. Para evitar isto, foi aplicada a seguinte regra: Um pacote que iria de X para Y, só pode passar por Z se a distância entre Z e Y for menor que a distância entre X e Y. Com isso, determinamos todas as rotas secundárias que alcançarão um determinado nó. 1/45

45 FIM 1/45