Routing.

Routing

Organização do capítulo
Introdução Características e métodos de routing Protocolos de routing internos – RIP, RIP-2, EIGRP e OSPF Comparação dos protocolos de routing interno Planeamento Montagem e Manutenção de Redes e Equipamentos Informáticos

Encaminhamento (Routing)
Para encaminhar os pacotes até ao destino, em cada ponto de interligação de circuitos, um equipamento especial (chamado router nas redes datagrama ou switch nas redes baseadas em circuitos virtuais) toma a decisão sobre qual o próximo circuito pelo qual o pacote deve ser enviado (“next hop”). Routing é o conjunto de processos (algoritmos e protocolos) usados para decidir qual o next hop, isto é, para tomar a decisão de encaminhamento. Só é necessário usar routing quando o pacote tem de atravessar diversos circuitos. Em redes baseadas em tecnologias de broadcasting, LANs de pequena dimensão ou WANs baseadas em satélite, não é necessário usar nenhuma política de routing. Em redes locais mesmo de média dimensão, é possível através de técnicas de aprendizagem ao nível data-link (bridges) dispensar routing, dado que as bridges descobrem dinamicamente os diferentes endereços data-link por detrás de cada interface. Estas técnicas baseiam-se também em broadcasting e na funcionalidade de filtragem ao nível das interfaces ethernet. Planeamento Montagem e Manutenção de Redes e Equipamentos Informáticos

Aspectos envolvidos no encaminhamento
Tomar a decisão Pacote a pacote nas redes baseadas em datagramas No momento da abertura do circuito nas redes baseadas em VCs Actualizar as informações em que se baseia a decisão Lenta ou raramente – routing estático Periodicamente e sempre que se produzem alterações – routing dinâmico Quem toma a decisão ? O emissor – source routing ou routing pela origem O conjunto dos routers – situação mais comum Critérios de decisão Baseados na necessidade de optimizar o rendimento da rede segundo critérios de custo, velocidade, tempo de trânsito, etc. Baseados em critérios administrativos – policy routing ou baseado na origem do pacote Planeamento Montagem e Manutenção de Redes e Equipamentos Informáticos

Routing IP – redes directamente ligadas
configure ! hostname R1 interface ethernet0 ip address interface ethernet1 ip address interface ethernet2 ip address Este tipo de informações permite aos routers configurarem a parte estática da respectiva tabela de routing (show ip route permite conhecer a tabela de routing) Planeamento Montagem e Manutenção de Redes e Equipamentos Informáticos

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Routing estático ! hostname R1 ip route Este tipo de configuração usa-se sobretudo para indicar rotas por defeito, isto é,quando não há alternativas: ip route ethernet2 Planeamento Montagem e Manutenção de Redes e Equipamentos Informáticos

Routing no caso geral A rede pode ser vista como um grafo: Os nós são os routers Os links são os arcos Etiqueta ou custo de um arco: tempo, $, carga, velocidade de transmissão. Em geral usa-se uma função genérica, dita função custo ou métrica de routing Caminho “bom”: Tipicamente é o que minimiza a função custo Essa função pode depender de um ou mais parâmetros Planeamento Montagem e Manutenção de Redes e Equipamentos Informáticos

Routing em redes IP Os algoritmos usados para fazer routing unicasting numa rede IP agrupam-se geralmente em duas filosofias: Algoritmos “distance-vector” (RIP, IGRP, ...): O router conhece apenas os vizinhos e o custo para os alcançar Um processo iterativo de computação com troca de informação com os vizinhos permite construir uma tabela de routing e fazê-la evoluir dinamicamente Algoritmos “link-state” (OSPF, IS-IS, ...): Para divulgar o estado de todos os links a todos os routers utiliza-se uma técnica de “flooding” Todos os routers conhecem a totalidade da topologia da rede e usam essa informação para construir uma tabela de routing Planeamento Montagem e Manutenção de Redes e Equipamentos Informáticos

Routing com RIP ! hostname Rn interface ethernet0 ip address interface ethernet1 ip address interface serial0 ip address Interface serial1 ip address .... router rip network Como repercussão do comando “router rip Network ” o router Rn passa a enviar anúncios com sub-redes de e a aceitar anúncios com sub-redes No entanto não envia anúncios com nem aceita anúncios via aquela interface. Planeamento Montagem e Manutenção de Redes e Equipamentos Informáticos

Funcionamento do RIP Cada router envia periodicamente aos vizinhos a lista das redes que conhece e a que distância (a métrica do caminho). Cada router, através destas informações, deduz qual o melhor caminho para chegar a cada rede. Planeamento Montagem e Manutenção de Redes e Equipamentos Informáticos

Anúncio RIP Planeamento Montagem e Manutenção de Redes e Equipamentos Informáticos

Algoritmo “Distance-vector” ou Bellman-Ford
Sempre que recebe um anúncio, um router realiza as seguintes operações: 1. Se desconhece a rede, instala-a na tabela de routing com o endereço do emissor à distância anunciada mais um (excepto se a distância anunciada for 16). 2. Se conhece a rede mas o anúncio revela um melhor caminho, faz uma actualização da tabela de routing, senão ignora o anúncio. 3. Se conhece a rede e o anúncio vem do router já escolhido pela sua tabela de routing corrente, mas o anúncio revela um incremento da métrica, actualiza a tabela de routing de acordo com a nova métrica. Se esta for 16 coloca a rede em hold-down state. 4. Se conhece a rede mas o anúncio revela um novo caminho com o mesmo custo que o que conhece, faz uma actualização da tabela de routing, de forma a dispor de mais do que um caminho equivalente (implementação específica Cisco). Estes caminhos múltiplos permitem fazer balanceamento de carga (load balancing). Planeamento Montagem e Manutenção de Redes e Equipamentos Informáticos

Balanceamento de carga
Process switching: Cada pacote faz alternar a escolha do caminho (round-robin), isto é, a distribuição é feita pacote a pacote. interface serial0 ip no route-cache Fast switching: Para cada destino é seleccionado um caminho e todos os pacotes para o mesmo destino usam esse caminho. ip route-cache Planeamento Montagem e Manutenção de Redes e Equipamentos Informáticos

Temporizadores RIP Um router RIP transmite updates todo os 30 segundos e usa vários timers para gerir o seu comportamento: 1. Update timer. Controla a emissão periódica de anúncios, tipicamente de 30 em 30 segundos. 2. Invalid timer. Sempre que um anúncio de uma rota é recebido este timer é inicializado a 180 segundos. Se expira, a rota fica no estado suspeito mas continua a ser utilizada. 3. Hold-down timer – 180 segundos. Se uma rota entrou no estado suspeito, deixam de se processar anúncios sobre a mesma até este timer expirar. Se um anúncio é recebido com a métrica de 16 a rede entra imediatamente neste estado. 4. Flush timer. Sempre que um anúncio de uma rota é recebido este timer é inicializado a 240 segundos. Se expira, a rota é retirada da tabela de routing seja qual for o estado em que estiver. O próximo anúncio sobre esta rota será então tomado em consideração. Planeamento Montagem e Manutenção de Redes e Equipamentos Informáticos

Convergência Quando existe uma alteração no estado de um link, chama-se tempo de convergência ao período de tempo necessário para que essa alteração seja tomada em consideração por todos os routers. Um bom algoritmo garante um tempo de convergência curto. Os algoritmos “distance-vector” têm um problema delicado designado por “good news travel fast, bad news travel slowly”. Esta anomalia chama-se “contagem para o infinito”. Planeamento Montagem e Manutenção de Redes e Equipamentos Informáticos

Bad news travel slowly Caso a ligação do Router 1 à rede vá abaixo, o Router 1 receberia do Router 2 um anúncio sobre a rede que o Router 2 conhecia como sendo acessível via o Router 1 ! O Router 2 receberia depois um anúncio do Router 1 sobre a rede e assim sucessivamente, aumentando o custo da rota de uma unidade em cada ciclo. Este processo só pararia quando um dos routers concluísse que a rede não é acessível pois o custo é infinito. Planeamento Montagem e Manutenção de Redes e Equipamentos Informáticos

Aceleração da convergência
Split horizon - Um router não anuncia por uma interface aquilo que aprendeu pela mesma. Apesar de este método garantir que ao fim de um certo tempo o Router 2 “esquece” a rota para a rede , a convergência ainda seria relativamente lenta. Poison reverse ou anúncios de unreachability -Quando um router detecta que uma sua interface foi abaixo ou que uma rota que conhecia passou a ter o custo 16, no próximo anúncio envia um anúncio das rotas que conhecia via a mesma interface com métrica 16 (infinito de acordo com RIP). Planeamento Montagem e Manutenção de Redes e Equipamentos Informáticos

Manipulação manual dos custos As rotas RIP têm sempre um custo em termos do número de hops. Um link a 100 Mbps e um link a 128 Kbps têm o mesmo custo. Para compensar esta deficiência o administrador da rede pode aumentar ou diminuir a métrica do anúncio de uma rede “manualmente” através do comando: offset-list {access-list} { in | out } offset [type number] router rip network offset-list 20 in 2 serial1 ... access-list 20 permit Este comando adicionaria um custo de 2 a todos os anúncios recebidos via a interface serial1 que fossem sub-redes de Planeamento Montagem e Manutenção de Redes e Equipamentos Informáticos

RIP-2 Esta nova versão de RIP suporta várias extensões muito úteis. Subnet Masks e Classless routing (CIDR). Cada anúncio de uma rede leva a máscara o que permite contornar os problemas encontrados neste contexto com RIP-1 (Variable lenght Subnet Masks) Autenticação. Cada anúncio pode conter dados de autenticação do emissor do mesmo. Next hop IP address e route tag. São funcionalidades que interessam quando os anúncios RIP são injectados noutro protocolo de routing. Os dados suplementares associados a cada anúncio são colocados nos campos livres no pacote RIP-1. O primeiro e o último anúncio podem ser substituídos por informação de autenticação. O destino de um anúncio pode ser ou um endereço multicast reservado para evitar que os hosts não interessados tenham de ouvir os anúncios RIP. Planeamento Montagem e Manutenção de Redes e Equipamentos Informáticos

[E]IGRP ([Extended] Interior Gateway Routing Protocol) Protocolo(s) proprietário(s) da CISCO, sucessor(es) do RIP Tal como o RIP são protocolos Distance-vector Calcula o custo de um link através de uma métrica complexa (delay, bandwidth, reliability, load, etc.) Propaga os anúncios de forma fiável. Só envia anúncios caso haja alterações da tabela do router e usa autenticação para evitar ataques explícitos ou por inadvertência. Tem um algoritmo especial com suporte de “loop-free routing” para propagar rapidamente os route updates. Esse algoritmo é chamado DUAL (Distributed Updating Algorithm) e é baseado numa técnica especial chamada diffused computation Planeamento Montagem e Manutenção de Redes e Equipamentos Informáticos

OSPF (Open Shortest Path First) “Open” - significa normalizado – RFC 2328 Usa um algoritmo Link State Baseado na disseminação do estado dos links através de anúncios de estado dos links enviados por cada router Cada router adquire a topologia da rede Cada router calcula as rotas usando o algoritmo de Dijkstra Cada anúncio OSPF contem uma entrada por link Os anúncios são enviados a todos os routers por flooding Para escalar necessita de ser organizado em zonas Escala mais que o RIP mas não é simples nem leve para os routers ou os administradores da rede Planeamento Montagem e Manutenção de Redes e Equipamentos Informáticos

Funcionamento dos protocolos link-state Os protocolos link-state baseiam-se na seguinte aproximação: 1. Cada router tem uma base de dados com o estado de cada link da rede e uma tabela de routing 2. Periodicamente, e sempre que há uma alteração, são difundidos por flooding pacotes indicando o estado dos links; desta forma todos os routers convergem para uma cópia idêntica da base de dados de links 3. Quando há alterações da base de dados, são calculados os melhores caminhos para cada destino através do algoritmo “Shortes Path First” de Dijkstra; a partir deste calculo é produzida uma nova versão da tabela de routing. Planeamento Montagem e Manutenção de Redes e Equipamentos Informáticos

Flooding dos pacotes de link-state Ao receber um pacote com um link state, o router analisa o número de sequência: 1. Se o link não está na base de dados, insere-o e difunde a mensagem aos vizinhos 2. Senão, se o nº de sequência na base de dados é inferior, considera o novo estado do link e o novo número de sequência e difunde o pacote aos vizinhos 3. Senão, se o número de sequência na base de dados é superior, transmite o record que está na base de dados ao emissor do pacote de link state 4. Senão, se os dois números de sequência são iguais, ignora o pacote Os pacotes de link state são acknowledged e retransmitidos para tornar a difusão fiável e incluem mecanismos de autenticação e verificação para evitar a corrupção acidental da base de dados de links dos routers. O estado dos links é analisado pelos routers através de um protocolo do tipo “hello” que permite avaliar o estado dos links e descobrir vizinhos. Sempre que o estado de um link muda, assim como periodicamente (por exemplo de 30 em 30 minutos), é emitido um novo pacote de link state. Os links ficam na base de dados enquanto forem refrescados. Se não o forem, são retirados (após várias horas). O mecanismo de flooding acima detalhado permite a um router recém rebootado saber qual o último número de sequência que usou antes de ir abaixo (se rebootar suficientemente depressa). Planeamento Montagem e Manutenção de Redes e Equipamentos Informáticos

Custos OSPF por defeito (Cisco) Planeamento Montagem e Manutenção de Redes e Equipamentos Informáticos

Link State Database A link state database dos routers de uma área baseia-se nos custos dos links os quais são indicados numa escala inteira de 1 a Só há necessidade de recalcular os melhores caminhos pelo algoritmo de Dijkstra se estes custos mudarem, isto é, se o link for abaixo ou o administrador mudar o custo de uma interface. O algoritmo não escala se a dimensão da link state database aumentar, por isso a rede é particionada em várias áreas. Um router só calcula os melhores caminhos para a(s) área(s) a que pertence. Planeamento Montagem e Manutenção de Redes e Equipamentos Informáticos

OSPF Hierárquico e áreas OSPF Planeamento Montagem e Manutenção de Redes e Equipamentos Informáticos

Caracterização do OSPF Hierárquico Hierarquia a dois níveis: local area, backbone. Os anúncios de link-state são geralmente propagados dentro da mesma área. Cada router tem uma visão detalhada da área. No entanto, no que toca às outras áreas, tem apenas uma visão limitada – só conhece o custo do shortest path e a lista de redes das outras áreas, não conhece os links. Area border routers: elaboram “sumários” com a lista das redes da sua área e as distâncias para as mesmas e anunciam-nas para as outras áreas. Backbone routers: executam o processo de routing OSPF dentro do backbone. Boundary routers: ligam para o exterior da rede (outros ASs). O OSPF hierárquico incorpora assim anúncios de link state que dizem respeito a acessibilidade de redes e não só ao estado dos links. Planeamento Montagem e Manutenção de Redes e Equipamentos Informáticos

Comparação Planeamento Montagem e Manutenção de Redes e Equipamentos Informáticos

Routing na Internet global A Internet global está organizada em Sistemas Autónomos (Autonomous Systems - AS). Um sistema autónomo é um conjunto de routers sob a mesma autoridade administrativa. Existem ASs de vários tipos: Multihomed AS: uma grande instituição (sem trânsito entre ASs) Transit AS: um operador (ISP) Stub AS: uma pequena instituição (ligado a um único AS) Routing a dois níveis: Intra-AS: o administrador é responsável pela escolha dos protocolos Inter-AS: trata-se de uma norma única (sem alternativas) Planeamento Montagem e Manutenção de Redes e Equipamentos Informáticos

Hierarquia de ASs na Internet Planeamento Montagem e Manutenção de Redes e Equipamentos Informáticos

Intra-AS Routing Protocolos também conhecidos como Interior Gateway Protocols (IGP) Os mais conhecidos IGPs são os seguintes: RIP: Routing Information Protocol OSPF: Open Shortest Path First [E]IGRP: Interior Gateway Routing Protocol (protocolos proprietários da Cisco) Planeamento Montagem e Manutenção de Redes e Equipamentos Informáticos

Inter-AS routing: BGP4 ou BGP simplesmente Planeamento Montagem e Manutenção de Redes e Equipamentos Informáticos

O protocolo BGP(Border Gateway Protocol) é usado para Que cada AS possa: 1. Obter a informação sobre as redes alcançáveis via cada um dos seus vizinhos 2. Propagar essa informação para o interior do seu domínio de encaminhamento 3. Determinar “bons” caminhos para as diferentes redes com base na acessibilidade e em políticas. Que cada prefixo (do AS) possa ser anunciado para a Internet Planeamento Montagem e Manutenção de Redes e Equipamentos Informáticos

Caracterização do BGP BGP (Border Gateway Protocol): trata-se do único protocolo que pode ser usado na Internet para encaminhamento externo O protocolo BGP é um protocolo baseado em vectores de caminhos: do tipo dos protocolos vector de custos ou distâncias mas em que cada Border Gateway difunde para os seus vizinhos (peers) o caminho completo (Entire path, isto é uma sequência de ASs) até cada prefixo de redede destino por exemplo o Border Gateway X pode enviar o seu caminho para o destino Z na forma da lista de ASs: Caminho (X,Z) = AS1,AS2,AS3,… Planeamento Montagem e Manutenção de Redes e Equipamentos Informáticos

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