Tópicos Especiais em Comunicação de Dados IV: Roteamento na Internet Prof. Miguel Elias Mitre Campista http://www.midiacom.uff.br/~miguel Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Roteiro Resumido Princípios básicos da Internet Princípios básicos de roteamento Roteamento na Internet Endereçamento Roteamento intra e inter-domínio Roteamento multicast Roteamento em redes sem-fio Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Bibliografia Christian Huitema, "Routing in the Internet", 2nd Edition, Prentice Hall, 1999, ISBN 0-13-022647-5 C. Siva Ram Murthy e B. S. Manoj, “Ad Hoc Wireless Networks: Architectures and Protocols”, 2nd Edition, New Jersey: Prentice Hall, 2004, ISBN 0-13-147023-X Ian Akyildiz e Xudong Wang, “Wireless Mesh Networks”, 1st Edition, John Wiley & Sons Publisher, 2009, ISBN 978-0-470-03256-5 Andrew S. Tanenbaum, "Redes de Computadores", Trad. da 4a Edição, Ed. Campus, 2003, ISBN 85-352-1185-3 Artigos técnicos da área Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Avaliações Pelo menos duas provas Seminário científico Uma na metade e outra no final do período Seminário científico Apresentação de temas da área Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Princípios Básicos da Internet Parte I Princípios Básicos da Internet Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Qual a Arquitetura da Internet? Etapas de um planejamento Definição dos blocos funcionais e as suas relações Definição das interfaces entre os blocos funcionais Divisão em blocos e definição de interfaces permite a simplificação do sistema Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Qual a Arquitetura da Internet? Aplicação Sessão Transporte Rede Enlace Física Apresentação Modelo OSI Divide a Internet em 7 camadas “Dividir para conquistar” Define o papel de cada uma e a relação entre elas Cada camada: Presta serviço para camada superior Recebe serviço da camada inferior Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Qual a Arquitetura da Internet? Aplicação Sessão Transporte Rede Enlace Física Apresentação Modelo OSI Desvantagens Complexidade Cada camada deve desempenhar sua função antes de encaminhar os dados para a camada seguinte Rigidez de modelagem Camadas diferentes não devem compartilhar informações Mesmos serviços prestados por camadas diferentes Ex. correção de erro Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Qual a Arquitetura da Internet? Aplicação Sessão Transporte Rede Enlace Física Apresentação Modelo OSI Desvantagens Complexidade Cada camada deve desempenhar sua função antes de encaminhar os dados para a camada seguinte Rigidez de modelagem Camadas diferentes não devem compartilhar informações Mesmos serviços prestados por camadas diferentes Ex. correção de erro Dadas as desvantagens, o modelo OSI não foi adotado na Internet Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Qual a Arquitetura da Internet? Projeto iniciado do “zero” Arquitetura do sistema planejada desde o início Princípios de arquitetura Guias úteis para o desenvolvimento do projeto Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Qual a Arquitetura da Internet? Início da Internet Arpanet: Primeira rede d comutação de pacotes Quatro nós em 1959 UCLA, Stanford (SRI), UCSB e Utah Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Qual a Arquitetura da Internet? Arpanet e rede militar se separam em 1983 Arpanet conta com 45 nós Padronização do TCP/IP Crescimento acelerado Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Qual a Arquitetura da Internet? Internet em 2003 Rede altamente complexa Milhões de enlaces Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Qual a Arquitetura da Internet? Internet em 2003 Rede altamente complexa Milhões de enlaces A Internet não possui uma arquitetura bem definida e está em constante evolução Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Características da Internet Não possui uma arquitetura definida Não possui dono É descentralizada Não pode ser desligada Além disso... Sua evolução depende de consenso sobre propostas técnicas e código executável Realimentação de implementações reais é mais importante que qualquer planejamento Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Características da Internet Crescimento exponencialmente acelerado Surgimento de diferentes tecnologias de rede Surgimento de diferentes necessidades e requisitos Ao invés de construir e reconstruir a Internet, procura-se tornar a Internet adaptável à sua própria evolução Para isso, defini-se REQUISITOS para nortear o desenvolvimento da Internet e não para restringir a evolução dela Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Requisitos da Internet Conectividade Conectar redes existentes Qualquer estação pode enviar dados para qualquer outra estação Robustez Efetuar a comunicação desde que exista algum caminho origem/destino Heterogeneidade Permitir a interconexão de diferentes tecnologias de rede Suportar diferentes tipos de serviços e aplicações Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Requisitos da Internet Gerenciamento Gerenciar distribuidamente os recursos da rede; Custo Apresentar uma boa relação custo-benefício; Acessibilidade Facilitar a conexão de novas estações; Responsabilização Permitir a identificação do responsável pelos recursos da Internet Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Requisitos da Internet Gerenciamento Gerenciar distribuidamente os recursos da rede; Custo Apresentar uma boa relação custo-benefício; Acessibilidade Facilitar a conexão de novas estações; Responsabilização Permitir a identificação do responsável pelos recursos da Internet A primeira solução encontrada foi o modelo TCP/IP Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Princípios da Internet – Modelo TCP/IP Modelo em camadas Comutação de pacotes e melhor esforço Transparência Princípio fim-a-fim Entrega imediata Heterogeneidade de sub-rede Endereçamento global Controle distribuído Cálculo global do roteamento Divisão em regiões Dependência mínima Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Princípios da Internet – Modelo TCP/IP Modelo em camadas Comutação de pacotes e melhor esforço Transparência Princípio fim-a-fim Entrega imediata Heterogeneidade de sub-rede Endereçamento global Controle distribuído Cálculo global do roteamento Divisão em regiões Dependência mínima Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Reduz o problema do Modelo OSI, mas nem tanto... Modelo em Camadas Objetivo é o mesmo do Modelo OSI Entretanto, divide em 4 camadas Aplicação e transporte Rede e Enlace (Enlace + Física) Introduz maior flexibilidade Protocolos podem apresentar características de camadas diferentes Protocolos de camadas diferentes podem compartilhar informações Modelo OSI é apenas um modelo de referência Modelo TCP/IP define protocolos para cada camada Reduz o problema do Modelo OSI, mas nem tanto... Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Princípios da Internet – Modelo TCP/IP Modelo em camadas Comutação de pacotes e melhor esforço Transparência Princípio fim-a-fim Entrega imediata Heterogeneidade de sub-rede Endereçamento global Controle distribuído Cálculo global do roteamento Divisão em regiões Dependência mínima Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Comutação de Pacotes e Melhor Esforço Robustez para sobrevivência a desastres Datagrama e topologia em malha Caminhos alternativos na ocorrência de falhas Eficiência Compartilhamento da banda Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Comutação de Pacotes e Melhor Esforço Robustez para sobrevivência a desastres Datagrama e topologia em malha Caminhos alternativos na ocorrência de falhas Eficiência Compartilhamento da banda Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Comutação de Pacotes e Melhor Esforço Nós simples e de baixo custo – sem estados na rede Encaminhamento de pacote independente um dos outros Sem reserva de recursos Sem recuperação de erros Sem garantia de acesso Atraso dependente do tamanho da fila Sem garantia de entrega do pacote ao destino Pacote é descartado se fila cheia Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Princípios da Internet – Modelo TCP/IP Modelo em camadas Comutação de pacotes e melhor esforço Transparência Princípio fim-a-fim Entrega imediata Heterogeneidade de sub-rede Endereçamento global Controle distribuído Cálculo global do roteamento Divisão em regiões Dependência mínima Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Transparência Transparência sintática Pacotes são transferido da origem ao destino sem que a rede modifique os dados Apenas erros de transmissão modificam pacotes Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Princípios da Internet – Modelo TCP/IP Modelo em camadas Comutação de pacotes e melhor esforço Transparência Princípio fim-a-fim Entrega imediata Heterogeneidade de sub-rede Endereçamento global Controle distribuído Cálculo global do roteamento Divisão em regiões Dependência mínima Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Núcleo simples e inteligência nas extremidades Princípio Fim-a-Fim Princípio fundamental da Internet Funções específicas de nível de aplicação devem estar presentes apenas nas extremidades Motivação Conhecimento da aplicação nas extremidades Funções específicas podem ser implementadas de forma correta e completa Robustez da rede Ausência de estados na rede torna a rede mais robusta e adaptável Núcleo simples e inteligência nas extremidades Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Princípios da Internet – Modelo TCP/IP Modelo em camadas Comutação de pacotes e melhor esforço Transparência Princípio fim-a-fim Entrega imediata Heterogeneidade de sub-rede Endereçamento global Controle distribuído Cálculo global do roteamento Divisão em regiões Dependência mínima Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Entrega Imediata Pacotes são entregues imediatamente segundo a disciplina de melhor esforço Conectividade contínua no tempo Não existem atrasos indefinidos de entrega de pacote Não existem conexões intermitentes Não há armazenamento persistente no interior da rede Ex.: Redes tolerantes a atrasos e desconexões (DTNs) Origem Destino Rede conectada Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Entrega Imediata Pacotes são entregues imediatamente segundo a disciplina de melhor esforço Conectividade contínua no tempo Não existem atrasos indefinidos de entrega de pacote Não existem conexões intermitentes Não há armazenamento persistente no interior da rede Ex.: Redes tolerantes a atrasos e desconexões (DTNs) Origem Destino Rede desconectada Rede conectada Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Armazena mensagem completa em disco Entrega Imediata Pacotes são entregues imediatamente segundo a disciplina de melhor esforço Conectividade contínua no tempo Não existem atrasos indefinidos de entrega de pacote Não existem conexões intermitentes Não há armazenamento persistente no interior da rede Ex.: Redes tolerantes a atrasos e desconexões (DTNs) Origem Armazena mensagem completa em disco Destino Transferência completa da mensagem Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Princípios da Internet – Modelo TCP/IP Modelo em camadas Comutação de pacotes e melhor esforço Transparência Princípio fim-a-fim Entrega imediata Heterogeneidade de sub-rede Endereçamento global Controle distribuído Cálculo global do roteamento Divisão em regiões Dependência mínima Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Heterogeneidade da Sub-rede Premissas mínimas para a camada de enlace Capacidade de transferir pacotes cuidando da sincronização Consequências Acomoda diferentes tecnologias com diferentes Atrasos e bandas Padrões de erro e tamanho de unidade de dados Rede D Rede A Rede B Rede C Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Princípios da Internet – Modelo TCP/IP Modelo em camadas Comutação de pacotes e melhor esforço Transparência Princípio fim-a-fim Entrega imediata Heterogeneidade de sub-rede Endereçamento global Controle distribuído Cálculo global do roteamento Divisão em regiões Dependência mínima Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Endereçamento Global Características do endereçamento Espaço de endereçamento global Endereço único Endereçamento hierárquico Aumenta a escalabilidade da busca Permite a busca por prefixo Best-prefix match Se não houvesse endereçamento hierárquico, cada nó teria que saber para onde encaminhar pacotes de cada possível destino da rede Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Endereçamento Global Segue sequência lógica hierárquica até encontrar o destino Encaminhamento realizado de acordo com a tabela de roteamento Endereço também indica localização da estação Sobrecarga semântica Problema nas redes sem-fio Encontrado! Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Princípios da Internet – Modelo TCP/IP Modelo em camadas Comutação de pacotes e melhor esforço Transparência Princípio fim-a-fim Entrega imediata Heterogeneidade de sub-rede Endereçamento global Controle distribuído Cálculo global do roteamento Divisão em regiões Dependência mínima Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Controle Distribuído Algoritmos totalmente distribuídos Ausência de ponto único de falha Maior de robustez Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Princípios da Internet – Modelo TCP/IP Modelo em camadas Comutação de pacotes e melhor esforço Transparência Princípio fim-a-fim Entrega imediata Heterogeneidade de sub-rede Endereçamento global Controle distribuído Cálculo global do roteamento Divisão em regiões Dependência mínima Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Cálculo Global do Roteamento Características do endereçamento Global, único e organizado hierarquicamente Possibilita rotas sem loops obtidas a partir “apenas” do endereço destino Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Princípios da Internet – Modelo TCP/IP Modelo em camadas Comutação de pacotes e melhor esforço Transparência Princípio fim-a-fim Entrega imediata Heterogeneidade de sub-rede Endereçamento global Controle distribuído Cálculo global do roteamento Divisão em regiões Dependência mínima Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Divisão em Regiões Internet é uma “rede de redes” Formada por uma coleção de Sistemas Autônomos independentes Operação e gerenciamento independente protocolo de roteamento políticas serviços prestados robustez a falhas diversos caminhos origem/destino por diferentes AS Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Divisão em Regiões Internet é uma “rede de redes” Formada por uma coleção de Sistemas Autônomos independentes Roteamento Entre sistemas autônomos Border Gateway Protocol (BGP) Dentro do Sistema Autônomo Interior Gateway Protocol Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Princípios da Internet – Modelo TCP/IP Modelo em camadas Comutação de pacotes e melhor esforço Transparência Princípio fim-a-fim Entrega imediata Heterogeneidade de sub-rede Endereçamento global Controle distribuído Cálculo global do roteamento Divisão em regiões Dependência mínima Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Dependência Mínima Comunicações entre estações que: Conhecem o endereço uma da outra Existe um caminho entre as duas Para isso... Dependência de um conjunto mínimo de serviços Ex.: Mesmo na ausência do DNS, a comunicação deve ser efetuada Ausência de protocolo (controle) de acesso Estações diretamente conectadas Podem se comunicar sem auxílio de roteador Devem ser efetuadas! Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Princípios da Internet – Modelo TCP/IP Se conectividade é o requisito principal da Internet... A ferramenta é o protocolo de rede Protocolo IP E a inteligência está nos terminais A conectividade deve ser garantida mesmo com: Crescimento exponencial da Internet Diferentes provedores de serviço Múltiplas tecnologias de redes Múltiplos protocolos de camadas superiores e inferiores Protocolo IP é chamado de “camada de cobertura” Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Princípios da Internet – Modelo TCP/IP Protocolo IP deve... Ser independente da tecnologia de camada inferior Oferecer uma plataforma única para diferentes aplicações e serviços Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Importância do Roteamento Uma rede conectada é suficiente para haver comunicação? Sim, a comunicação pode ser realizada por inundação Todos os nós enviam mensagens para todos os vizinhos até que o destino seja alcançado Essa maneira é possível? É eficiente? É escalável? NÃO! O roteamento é responsável por encaminhar os dados até o destino de maneira eficiente Os protocolos de roteamento encontram o caminho ótimo (ou quase-ótimo) pelo qual os dados são encaminhados Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Padronização IETF (Internet Engineering Task Force) Pequeno secretariado, financiado pelo governo americano Grupos de Trabalho (Working Groups) Organizados em áreas, cada área com um ou dois diretores IESG (Internet Engineering Steering Group) Formado pelos diretores de área e pelo IETF chair Aprovam os padrões gerados pelos WGs IAB (Internet Architecture Board) Estudos de longo prazo Resolução de disputas IRTF (Internet Research Task Force) Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Áreas do IETF Applications Area General Area Internet Area Operations and Management Area Routing Area Security Area Sub-IP Area Transport Area Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Direitos Autorais Note Well All statements related to the activities of the IETF and addressed to the IETF are subject to all provisions of Section 10 of RFC 2026, which grants to the IETF and its participants certain licenses and rights in such statements. Such statements include verbal statements in IETF meetings, as well as written and electronic communications made at any time or place, which are addressed to: -the IETF plenary session, -any IETF working group or portion thereof, -the IESG or any member thereof on behalf of the IESG, -the IAB or any member thereof on behalf of the IAB, -any IETF mailing list, including the IETF list itself, any working group or design team list, or any other list functioning under IETF auspices, - the RFC Editor or the Internet-Drafts function Statements made outside of an IETF meeting, mailing list or other function, that are clearly not intended to be input to an IETF activity, group or function, are not subject to these provisions. Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Grupos de Trabalho do IETF Em geral, possuem vida curta São criados com um objetivo preciso Especificado no charter do grupo Internet-drafts Documentos de trabalho Possuem vida limitada (6 meses) Podem estar associados a um grupo de trabalho, ou não (submissões individuais) Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Publicações Request For Comments (RFC) A série de documentos RFCs é o canal oficial de publicação dos padrões Internet, além de outras publicações do IESG, IAB e da comunidade Internet RFC 2026 – The Internet Standards Process Nem toda RFC define um padrão Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Tipos de RFC Internet Standard Specifications Technical Specification (TS) Descrição de um protocolo, serviço, procedimento, convenção ou formato Applicability Statement (AS) Especifica como, e em que circunstâncias, uma ou mais especificações técnicas (TSs) podem ser aplicadas para implementar uma aplicação Internet Best Current Practice (BCP) Relata os melhores métodos de operação ou parâmetros de configuração utilizados na prática, em consenso geral Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Processo de Padronização Os padrões evoluem seguindo níveis de maturidade, numa linha conhecida como “standards track” Standards track Proposed standard Especificação estável e aceita pela comunidade O IESG decide quando a especificação atinge este nível Draft standard No mínimo duas implementações independentes e inter-operáveis Internet standard Padrão para o qual existem diversas implementações e sucesso operacional comprovado Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

A Trilha das RFCs Não-Padrão Non-standards track especificações que não têm por objetivo se tornar padrões Internet especificações que ainda não estão prontas para o standards track especificações que foram revisadas, ou caíram em desuso Experimental Experimento de pesquisa ou desenvolvimento Informational Apenas informação, não representa consenso ou recomendação da comunidade Internet Historic Especificações revisadas ou que deixaram de ser usadas Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista

Leitura Recomendada Capítulo 1 do livro do Huitema Moreira, M. D. D., Fernandes, N. C., Costa, L. H. M. K., and Duarte, O. C. M. B. - "Internet do Futuro: Um Novo Horizonte", em Minicursos do Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores - SBRC'2009, pp. 1-59, Rio de Janeiro, RJ, Brasil, Maio 2009. http://www.gta.ufrj.br/publicacoes Request For Comments 1958 http://tools.ietf.org/html/rfc1958 Tópicos Especiais em Roteamento na Internet – TET/UFF Professor Miguel Campista