Rede de Computadores MATA59 - Redes de ComputadoresI Universidade Federal da Bahia Instituto de Matemática Departamento de Ciência da Computação

Rede de Computadores CAMADA DE REDE

Rede de Computadores CAMADA DE REDE

Rede de Computadores 4 Camada de Rede Serviços da Camada de Rede oferecidos a camada de transporte: serviço orientado a conexão serviço não orientado a conexão serviço confiável serviço não confiável Normalmente, serviços orientados a conexão possuem confiabilidade

Rede de Computadores 5 Camada de Rede Serviços da Camada de Rede: conexão (orientado ou não) roteamento controle de congestionamento No serviço com conexão estabelece-se circuito virtual O circuito virtual determina o roteamento uma única vez para a conexão No serviço sem conexão as rotas podem se alterar

Rede de Computadores 6 Camada de Rede No serviço sem conexão cada pacote é roteado de forma independente dos demais No serviço com conexão se estabelece a rota para todos os pacotes da conexão, podendo-se reservar banda para a conexão

Rede de Computadores 7 Roteamento

Rede de Computadores 8 Roteamento Propriedades: Correção Simplicidade Robustez Estabilidade Otimização

Rede de Computadores 9 Roteamento Tabela de Roteamento: Armazenam as rotas escolhidas Manualmente: inicialização do SO do roteador Dinamicamente: tempo de execução Algoritmo de Roteamento: Definem as regras e a lógica seguida para escolha da rota Protocolo de Rotemamento: responsáveis pela divulgação de rotas e atualização das tabelas de roteamento Implementam um ou mais algoritmos

Rede de Computadores 10 Roteamento Métricas

Rede de Computadores 11 Roteamento Métricas de roteamento: Largura de banda Tipo de carga Distância entre roteadores Congestionamento Número de hops Atraso Função de custo

Rede de Computadores 12 Roteamento Tipos: Estáticos e Dinâmicos Estático:  Normalmente configurado manualmente  A tabela de roteamento é estática As rotas não se alteram dinamicamente de acordo com as alterações da topologia da rede  Custo manutenção cresce de acordo com a complexidade e tamanho da rede  Sujeito a falhas de configuração

Rede de Computadores 13 Roteamento Estático

Rede de Computadores 14 Roteamento Tipos: Estáticos e Dinâmicos Dinâmico:  Divulgação e alteração das tabelas de roteamento de forma dinâmica Sem intervenção constante do administrador  Alteração das tabelas dinamicamente de acordo com a alteração da topologia da rede Adaptativo  Melhora o tempo de manutenção das tabelas em grandes redes  Mas também está sujeito a falhas

Rede de Computadores 15 Roteamento Dinâmico

Rede de Computadores 16 Roteamento Direto Origem e Destino na mesma rede Várias topologias –Lembrar que equipamentos de nível 2 não tratam endereço de rede Tabela de Roteamento Destino Gateway Switch

Rede de Computadores 17 Roteamento Indireto Origem e Destino estão em redes diferentes Tabela de Roteamento Destino Gateway Router Tabela de Roteamento Destino Gateway Tabela de Roteamento Destino Gateway

Rede de Computadores 18 Roteamento Tipos de Protocolos de Roteamento: Não Adaptativos – Estáticos Algoritmo de Dijikstra Algoritmo de Inundação ( Flooding ) Adaptativos - Dinâmicos Algotítmo de Distância Vetorial (Bellman-Ford) Algoritmo do Estado de Enlace (Short Path First)

Rede de Computadores 19 Algorítmo de Inundação Roteador envia pacotes para todas as suas interfaces, exceto para aquela em que chegou Inunda a rede O pacote sempre alcança o destino Tráfego desnecessário

Rede de Computadores 20 Roteamento pelo Caminho mais Curto - Algoritmo de Dijikstra Modelagem de Grafo: Arcos são linhas de comunicação (enlaces) Nós são roteadores Rotas são caminhos entre nós de um grafo Cada arco tem um peso indicando o custo do enlace

Rede de Computadores 21 Algoritmo de Dijikstra Cada nó é rotulado por sua distância ao nó de origem ao logo do menor caminho até então inicialmente todos os nós são rotulados com infinito cada interação analisa-se a vizinhança do nó ativo e escolhe-se o novo nó ativo Inicialmente os rótulos (labels) são provisórios, quando se descobre que o label representa o menor caminho possível ele se torna permanente

Rede de Computadores 22 Algoritmo de Dijikstra D A F B G C E

Rede de Computadores 23 Roteamento Vetor Distância ( Roteamento com Distância Vetorial ) Ex.: RIP

Rede de Computadores 24 É um algoritmo simples –Um roteador mantém uma lista de todos as rotas conhecidas em uma tabela –Cada roteador divulga para os seus vizinhos as rotas que conhece –Cada roteador selecionas dentre as rotas conhecidas e as divulgadas os melhores caminhos Roteamento Vetor Distância ( Roteamento com Distância Vetorial ) Ex.: RIP

Rede de Computadores 25 Vetor-Distância - Métrica A escolha do melhor caminho é baseada na comparação da métrica do enlace –Normalmente: Melhor = menor caminho A métrica é o custo de envio em um enlace Pode ser diferentes informações –Taxa de transmissão em bps –Vazão –Atraso –Número de saltos (no. de hops) (+ usado)

Rede de Computadores 26 Vetor-Distância – Métrica – Saltos

Rede de Computadores 27 Vetor-Distância - Procedimento 1. Quando o roteador executa o “boot” ele armazena na tabela informações sobre cada uma das redes que estão diretamente conectada a ele. Cada entrada na tabela indica uma rede destino, o gateway para a rede e a sua métrica. 2. Periodicamente cada roteador envia uma cópia da sua tabela para qualquer outro roteador que seja diretamente alcançável. 3. Cada roteador que recebe uma cópia da tabela, verifica as rotas divulgadas e suas métricas. O roteador soma à métrica divulgada o custo do enlace entre ele e o roteador que fez a divulgação. Após, compara cada uma das entradas da tabela divulgada com as da sua tabela de roteamento. Rotas novas são adicionadas, rotas existentes são selecionadas pela sua métrica.

Rede de Computadores 28 Vetor-Distância - Procedimneto 3.1 Se a rota já existe na tabela e a métrica calculada é menor do que a da rota conhecida, então remove a entrada anterior e adiciona a nova rota divulgada. 3.2 Se a rota já existe na tabela e a métrica calculada é igual a da rota conhecida, então não altera a entrada Se a rota já existe na tabela e a métrica divulgada é maior do que a da rota conhecida, então verifica se o gateway para esta rota é o mesmo que está fazendo nova divulgação Se o gateway é o mesmo então altera a métrica para esta rota Se o gateway não é o mesmo não altera a rota conhecida

Rede de Computadores 29 Distância Vetorial - Convergência Processamento rápido do algoritmo Convergência lenta ex: D demora para perceber queda do enlace ABDC

Rede de Computadores 30 Distância Vetorial - Convergência Lenta Router 1Router 2Router 4Router 3 Continua o processo....

Rede de Computadores 31 Distância Vetorial - Convergência Lenta Router 1Router 2Router 4Router 3 A rota somente será Considerada infinita quando a métrica atingir 16. A rota somente será Considerada infinita quando a métrica atingir 16.

Rede de Computadores 32 Distância Vetorial - Convergência Lenta - Soluções Split Horizon –A informação de roteamento não deve ser divulgada para a máquina que a originou Hold-Down –Previne que mensagens de atualização restabeleçam precipitadamente uma rota que caiu.

Rede de Computadores 33 Roteamento por Estado de Enlace – Ex.: OSPF

Rede de Computadores 34 Roteamento por Estado de Enlace – Ex.: OSPF Cada roteador tem tarefas divididas em 5 partes: 1.Descobrir seus vizinhos e aprender seus endereços de rede 2.Medir o retardo ou custo até cada uma dos seus vizinhos 3.Criar um pacote que informe tudo que aprendeu ao seus vizinhos 4.Enviar este pacote a todos os outros roteadores 5.Calcular o caminho mais curto até cada um dos outros roteadores

Rede de Computadores 35 Estado do Enlace Baseado no conceito de mapas distribuídos –todos os roteadores do mapa tem uma cópia O conteúdo das mensagens de atualização são as ligações de um roteador a seus vizinhos, a identificação do enlace e o custo. As informações divulgadas são acrescentadas ao mapa de quem as recebe Caso, haja alterações do mapa devido a divulgação as rotas são recalculadas.

Rede de Computadores 36 Estado do Enlace - Mapa Exemplo Cada registro é divulgado pelo roteador “responsável” A B C DE De Para Enlace Métrica AB11 AD31 BA11 BC21 BE41 CB21 CE51 DA31 DE61 EC51 EB41 E D61

Rede de Computadores 37 Estado do Enlace – Inundação (Flooding) A e B detectam a falha A e B alteram os registros na base de dados pelos quais são responsáveis A gera atualização para D e B para C e E C, D e E irão desencadear novas atualizações 6 A B C DE Falha de comunicação

Rede de Computadores 38 Estado do Enlace – Inundação (Flooding) D enviará para E, C enviará para E e E enviará para C e B Loop? –Prevenção do loop é feita pela utilização de um número de seqüência no pacote de atualização Algoritmo Recebe mensagem Seleciona registro na base se o registro não está presente então adiciona e envia uma mensagem em broadcast para os vizinhos, exceto pelo enlace pelo qual foi recebida

Rede de Computadores 39 Estado do Enlace – Inundação (Flooding) senão se o número de seqüência da entrada na base < o número de seqüência da mensagem então atualiza e gera broadcast senão se número da base > o número de seqüência da mensagem então gera uma nova divulgação atualiza o número de seqüência da mensagem envia a mensagem para interface pela qual foi recebida senão se os números de seqüência são iguais não faz nada.

Rede de Computadores 40 Estado de enlace – Atualização - Exemplo Mensagem de A –From A, to B, link 1, distance = infinite, number = 2. Mensagem de B –From B to A, link 1, distance = infinite, number = 2 De Para Enlace Métrica Seq. AB1inf 2 AD31 1 BA1inf 2 BC21 1 BE41 1 CB21 1 CE51 1 DA31 1 DE61 1 EC51 1 EB41 1 E D61 1 Tabela Final

Rede de Computadores 41 Estado do enlace – Atualização – Exemplo - Falha Duas versões do mapa A B C DE Falha de comunicação Mapa 1 - AD A B 1 inf 2 B A 1 inf 2 D E 1 inf 2 Mapa 1 -BCE A B 1 inf 2 B A 1 inf 2 E D 1 inf 2

Rede de Computadores 42 Estado do enlace – Atualização - Exemplo Mapa BCE sofrerá atualizações que não serão refletidas no AD A B C DE Falha de comunicação Mapa 1 -BCE A B 1 inf 2 B A 1 inf 2 B C 2 inf 2 C B 2 inf 2 E D 1 inf 2

Rede de Computadores 43 Estado do enlace – Atualização – Exemplo - Restabelecimento Ao restabelecer a comunicação entre AD e BCE é necessário que ocorra um processo de sincronização Pelo processo normal leva muito tempo para convergir Sincronização - “data base description packets” –1.ª fase: nodo distribui o seu mapa –2.ª fase: solicita aos vizinhos os “registros interessantes” –3.ª fase: flooding

Rede de Computadores 44 Estado do Enlace - Problemas - No. de Sequência. Quando um roteador cai e volta rapidamente –não terá sido retirado dos mapas dos outros hosts –irá realizar o flooding com seu número de seqüência incial –esse número será mais antigo (menor) que os mantidos nos mapas dos vizinhos –então para acelerar a convergência, ele deve aceitar o número de seqüência que os outros irão lhe enviar, incrementá-lo e imediatamente retransmitir seus registros com o novo número.

Rede de Computadores 45 Roteamento Hierarquico Regiões de roteamento Informações de rotas internas a região não se propagam fora dela Rotas padrão

Rede de Computadores 46 Roteamento por Difusão ( Broadcasting ) Envio de pacotes a todos os destinos simultaneamente Pode usar o algoritmo que envia um pacote específico para cada destino Pode usar o algoritmo de Inundação Pode usar o algoritmo de Roteamento para vários destinos Pode usar o algoritmo de Árvore Invertida

Rede de Computadores 47 Roteamento por Multidifusão ( Multicasting ) Envio de pacotes para Grupos Pode usar o algoritmo que envia um pacote específico para cada membro do grupo ( poucos participantes ) Pode usar o algoritmo de Inundação ( grupo com muitos membros, próximo do total ) Pode usar o algoritmo de Roteamento por Multidifuão ( uma árvore invertida para cada grupo )

Rede de Computadores 48 Controle de Congestionamento Loop aberto: controle de tráfego de quem envia para a rede, evitando o congestionamento Loop fechado: controle de tráfego no roteador, tratando o congestionamento existente Caso a rede adote circuito virtual, estabelece-se bandas de uso, assim há uma visão da banda total da rede e evitando-se o congestionamento

Rede de Computadores 49 Controle de Congestionamento Loop Aberto: Algoritmo do Balde Furado: Limita a informação que pode ser enfileirada para transmissão de dados. Modela um buffer de transmissão finito e taxa limite de transmissão de mensagens provenientes do balde Algoritmo do Balde Furado de Tokens: cria permissões (tokens) de envio de N bits a cada intervalo de tempo. A mensagem tem de utilizar os tokens, limita o tráfego, mas permite rajadas

Rede de Computadores 50 Algoritmo de Balde Furado

Rede de Computadores 51 Algoritmo de Balde Furado

Rede de Computadores 52 Algoritmo Balde Furado- Tokens

Rede de Computadores 53 Algoritmo Balde Furado

Rede de Computadores 54 Controle de Congestionamento Loop Fechado: Rede com conexão: proíbe o estabelecimento de novos circuitos virtuais e renegocia banda dos existentes Rede sem conexão: descarte do pacote gera pacote regulador informando roteadores do congestionamento, estes aplicam alguma técnica de controle com Loop Aberto Escoamento de carga: último recurso, descarta todos os pacotes ou os de menor prioridade