Roteamento em Backbones IP A.S., RIP, OSPF, IS-IS e BGP

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1 Roteamento em Backbones IP A.S., RIP, OSPF, IS-IS e BGP
Edgard Jamhour

2 Estrutura da Internet Como as informações são roteadas na Internet?
Coleção de Roteadores Quem configura os roteadores da Internet?

3 Estrutura da Internet A internet é estruturada na forma de sistemas autônomos: A B F G E H C I D J SISTEMA AUTÔNOMO 1 SISTEMA AUTÔNOMO 2 X Y Z SISTEMA AUTÔNOMO 3

4 Sistema Autônomo (Autonomous System - AS)
Um AS é uma rede que divulga seus endereços para outras redes da Internet. Propriedades do AS Possui os seus próprios IP’s. Seus endereços independem do provedor de acesso. Pode conectar-se a vários provedores simultaneamente. Redes pertencentes ao AS Conexão com outro AS F G H I J Conexão com outro AS

5 Exemplo de AS Bloco de Endereços do AS: /16 ( ) ao G: H: J: /24 AS: /16 Conexão com outro AS /24 F G H I Conexão com outro AS J /24

6 Tipos de AS Sistemas autônomos podem ser: Redes Privadas:
Transportam apenas o seu próprio tráfego. Provedores: Transportam o tráfego de outras redes. privado público público privado público

7 Quem usa os endereços do Provedor não é um AS
Gateway Default da Rede Corporativa A B F G E H C I D J SISTEMA AUTÔNOMO 2 SISTEMA AUTÔNOMO 1 X Y Z SISTEMA AUTÔNOMO 3

8 Roteadores na Internet
Os roteadores da Internet são de dois tipos: Exterior Gateways Troca informações com roteadores pertencentes a outros AS. Equipamento muito caro, com alta capacidade de memória. Interior Gateways Troca informações apenas no interior do seu AS. Roteador comum. F G I J H Gateway Interno Gateway Externo

9 Sistema Autônomo As rotas na Internet são atualizadas automaticamente.
A estratégia de roteamento no interior do sistema autônomo rede é escolhida pelo administrador do sistema. IGP: Internal Gateway Protocol A estratégia de roteamento entre sistemas autônomos é definida por um protocolo de roteamente padrão: BGP: Border Gateway Protocol

10 EGP e IGP Conhece apenas as rotas no interior do AS 216.1.2.0/24
Conhece todas as rotas da Internet AS: /16 IGP IGP IGP EGP IGP A B F G E H IGP IGP IGP IGP IGP IGP C IGP I IGP D J IGP IGP SISTEMA AUTÔNOMO 1 SISTEMA AUTÔNOMO 2 E I AS: /16 /24

11 IGP e EGP IGP: Interior Gateway Protocols
Informações de Roteamento no Interior do AS RIP: Routing Information Protocol OSPF: Open Shortest Path First IS-IS: Intermediate System to Intermediate System EGP: Exterior Gateway Protocols Informações de Roteamento entre ASs BGP: Border Gateway Protocol

12 Conceitos Básicos de Roteamento
RIB (Router Information Base) conjunto de rotas configuradas no roteador origem estática protocolos de roteamento icmp (redirecionamento) pode conter mais de uma rota para o mesmo destino FIB (Forwarding Information Base) conjunto de rotas ativas (não ambiguas) pode conter o endereço MAC do próximo salto contém apenas as melhores rotas

13 Algoritmos de Roteamento
Algoritmo de Roteamento Global tem conhecimento de toda estrutura da rede algoritmo de estado de enlace: LS (link-state) Algoritmo de Roteamento Decentralizado nenhum nó tem informação completa da rede algoritmo de vetor de distâncias: DV (distance vector) 3 5 2 2 3 1 2 1

14 Vetores de Distância A) Os roteadores divulgam as redes a que estão diretamente conectados por seus enlaces B) Apenas as melhores ofertas são aceitas para cada rede. C) A rotas são propagadas com custo acrescido rede A por B.1-A.1 acesso a rede A com custo 2 acesso a rede A com custo 1 B 1 2 rede A por D.1-C.3 1 X 2 rede A A C D 2 1 3 1 acesso a rede A com custo 2 acesso a rede A com custo 1 rede A por C.1-A.2

15 Atualizações de Rota Por re-anuncio e temporização
As rotas tem um tempo de vida (TTL) Os roteadores re-anunciam periodicamente suas rotas Rotas cujo re-anuncio não é recebido dentro do prazo de vida são desativadas. Rotas de maior custo previamente ignoradas passam a ser aceitas. O tempo de atualização das rotas é aproximadamente: nsaltos * TTL Por atualizações (triggered updates) Quando um roteador detecta uma alteração em sua tabela ele re-anuncia todas as suas rotas. Essa técnica reduz o tempo de atualização mas gera grande carga de mensagens de atualização na rede.

16 Estado de Enlace Roteadores trocam informações sobre a topologia da rede (roteadores, enlaces e redes). Cada roteador mantém um banco de dados completo com a descrição de toda topologia da rede (link state database) Os roteadores só repassam informações para roteadores parceiros (protocolo Hello - também usado como keep alive) Os roteadores parceiros sincronizam sua base de estado de enlace através de mensagens LSA (Link State Advertisement) hello hello Link State Database Link State Database A B lsa lsa

17 Atualizações de Estado (Inundação)
Quando um roteador recebe um LSA que não existe em sua base, ele propaga a informação para todas as suas interfaces (menos a interface por onde a LSA foi recebida) O mesmo ocorre quando o roteador detecta que um enlace deixou de funcionar (através das camadas física ou enlace ou do protocolo Hello). B novo LSA novo LSA C X A novo LSA D novo LSA novo LSA E

18 TTL e Número de Seqüência das LSA
Um limite de idade (TTL) é atribuído às informações anunciadas pelo LSA. As LSAs precisam ser renovadas periodicamente. As LSAs são removidas quando o TTL é esgotado. Cada LSAs tem um TTL controlado por temporizadores individuais. As LSAs possuem também um número de seqüência que permite distinguir anúncios novos de antigos. 3 4 5 2 6 contador em pirulito 1 7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 8 13 9 12 11 10

19 Divisão em Áreas Num protocolo LS os requisitos de memória crescem linearmente com o número de enlaces (n) e o processamento cresce entre n* log(n) e n2. Para prover escalabilidade em redes de grade porte, é utilizado a estratégia de divisão por áreas. área B ABR: Roteador de Borda de Àrea estado completo da própria área ABR ABR resumo resumo das outras áreas área C área A

20 Vetores de Caminho e políticas
O roteamento por vetor de caminho (path vector) utiliza com estratégia anunciar caminhos completos nos anúncios de rota. Essa estratégia permite anunciar rotas de acordo com políticas pré-estabelecidas. Utilizado nos anúncios de rota entre os S.A.s Y Z /24 /24 via SA3 X W EGP SA3 /24 via SA3, SA2 B /24 via SA3, SA2, SA1 E F G C D EGP I J SA2 SA1

21 Conjunto de Caminhos Em alguns casos, os anúncios de caminho podem ser agrupados em conjuntos. SA3 /24 seqüência {SA1}, conjunto {SA2, SA3} Y Z /25 X W B E /25 F G C D EGP I J SA2 SA1

22 RIP: Routing Information Protocol
Originário do conjunto XNS da Xerox Duas Versões Versão 1: RFC 1058 mensagens em broadcast não suporta CIDR (Classless InterDomain Routing) Versão 2: RFC 1723 mensagens em multicast suporta CIDR

23 RIP Baseado em vetor de distâncias
Transportado em mensagens UDP (Porta 520) Cada mensagem pode informar até 25 rotas Dois tipos de mensagem: Requisição (tipo 1): solicita informações de roteamento Resposta (tipo 2): envia informações de roteamento Indicado para redes de pequeno a médio porte. É muito simples de usar, mas torna-se ineficiente para redes muito grandes. Custo baseado em saltos (hop count) Valor máximo 15 (acima deste valor, a rede é considerada inalcançável)

24 Elementos de uma rede RIP
Ativos: envia e escuta mensagens RIP Passivos: apenas escuta mensagens RIP Rede /24 PASSIVO Usualmente host ATIVO Usualmente roteador Rede /24

25 Exemplo de Operação RIP
G,R,D G: Gateway R: Rede D: Distância … REDE 1 G1 (G1,R5,3) (G1,R5,3) REDE 2 2 (G2,R5,4) G2 G3 (G3,R5,2) 1 REDE 3 REDE 4 G4 G5 G6 (G4,R5,5) (G5,R5,1) (G6,R5,1) REDE 6 REDE 5 …

26 Tabela de Roteamento Roteador G3 Destino REDE 1 REDE 2 REDE 3 REDE 4
Next Hop G1 G2 G5 Metrica 2 1 3 Direto/ Remoto R D Local/ RIP R L Interface 2 1

27 Timers para Rotas As mensagens de rotas (responses in RIP) são enviadas a cada 30 segundos. Time-out timer Inicializado todas as vezes que uma rota é criada ou atualizada. Se a rota não for atualizada em 180 segundos, ela é considerada obsoleta. Garbage collection Timer As rotas que estiverem expiradas por mais de 120 segundos são removidas.

28 RIP Request e Response Um gateway pode enviar uma mensagem para outro solicitando a atualização de uma rota específica. RIP REQUEST RIP RESPONSE

29 RIP Versão 1: RFC 1058 PROBLEMAS:
Não propaga máscaras (só permite definir rotas segundo as classes A, B e C). Envia mensagens em Broadcast. Não possui mecanismos de autenticação.

30 RIP Versão 2: RFC 1723 RIP Versão dois suporta:
Propaga as rotas utilizando mensagens de broadcast, ao invés de multicast. Suporta a definição de rotas com uso de máscaras. Autenticação por: Message Digest (16 bytes MD5 da mensagem) Password Simples (senha de 6 bytes) Message Digest Key e Sequence Number (HMAC com chave secreta) Em todos esses casos, a autenticação é colocada no início da mensagem.

31 Formato das Mensagens RIP v2
Byte 1 Byte 2 Byte 3 Byte 4 Command (1: request, 2: response) Version (2) Reserved Cabeçalho Address Family (0xffff para Autenticação) Tipo de Autenticação Autenticação Informação de Autenticação X 4 Address Family (2 para IPv4) Tag de Rota Entradas de Rota .... IP Address Subnet mask Next Hop IP Address Metric Address Family (0xffff para Autenticação) Tipo de Autenticação Autenticação Informação de Autenticação X 4

32 Exemplo Inicialmente os roteadores tem apenas as rotas das redes conectadas fisicamente a eles. 2 3 1 INTERNET

33 Propagação da Rota 0 Inicialmente os roteadores tem apenas as rotas das redes conectadas fisicamente a eles. por 3 (custo 3) 2 3 por 2 (custo 2) por 1 (custo 1) 1 INTERNET

34 Propagação da Rota 0 Inicialmente os roteadores tem apenas as rotas das redes conectadas fisicamente a eles. por 3 (custo 1) 2 3 por 2 (custo 1) por 2 (custo 1) 1 INTERNET

35 OSPF: Open Shortest Path First
Versão Atual:v2 RFC 2328 e RFC 1246 Protocolo IGP por estado de enlace Único protocolo de roteamento dinâmico obrigatório para roteadores. Protocolo de roteamento completo, mais flexível que o RIP. RIPv2 permite apenas trabalhar com custo por número de saltos. OSPF permite utilizar técnicas mais genéricas para cálculo das métricas das rotas.

36 Dijkstra Shortest Path First (SPF)
Princípio: Encontrar o menor caminho entre um dos nós da rede e todos os demais Se D pertence ao melhor caminho entre AF, então o melhor caminho é o melhor AD + melhor DF. Custo: L*log(N) (L:enlaces e N:nós) Estratégia: Escolher sempre o melhor nó adjacente Atribuir custos acumulativos a cada nó da rede 10 4 6 B 5 E 2 A 1 3 F 1 C D 9 4 5 1 5

37 Constrained Shortest Path First (CSPF)
Permite impor restrições adicionais ao invés de escolher simplesmente o caminho mais curto As restrições podem ser de várias naturezas: restringir o uso de enlaces indisponíveis, pouco confiáveis ou muito lentos (menos banda) Duas técnicas são utilizadas: Aparar enlaces indesejáveis (eliminá-los do grafo - prunning) Criar uma nova métrica que incorpora outras restrições em seu cálculo Problema: Todos os roteadores precisam usar a mesma métrica, ou poderão ser criadas rotas em loop.

38 Equal Cost Mutipath (ECMP)
Geralmente, quando dois caminhos de custo idêntico são encontrados, o primeiro a ser descoberto é mantido. Isso pode levar a uma sub-utilização da capacidade da rede. No ECMP os roteadores procurar efetuam balanceamento de carga entre caminhos de custo idêntico. Roteadores que suportam ECMP criam regras automáticas de balanceamento utilizando parâmetros como: O endereço de origem ou destino dos pacotes encaminhados. A marcaçao diffserv O tipo de tráfego transportado

39 Conceitos do OSPF Um roteador OSPF deve ter um identificador único em todo o sistema Autônomo identificador de roteador: endereço IP de uma das interfaces (geralmente o menor) identificador de área: exclusivo em um sistema autônomo Os seguintes métodos de autenticação são suportados: tipo 0: sem autenticação + checksum tipo 1: proteção adicional contra erro de configuração tipo 3: autenticação criptográfica MD5

40 Funcionamento do OSPF Protocolo de Estado de Enlace Mensagens do OSPF:
Protocolo OSPF é diretamente encapsulado no IP (protocolo tipo 89). São transmitidos em multicast para o endereço padrão: e Mensagens do OSPF: Hello Descrição do Banco de Dados Solicitação do Estado de Enlace Atualização do Estado de Enlace Reconhecimento do Estado de Enlace

41 Mensagens OSPF Hello: DataBase Description: LinkState Request:
usada para descobrir vizinhos e manter o relacionamento entre eles DataBase Description: lista um diretório de entradas de estado de enlace LinkState Request: requisita uma ou mais informações específicas de estado de enlace LinkState Update: envia a informação de uma ou mais entradas de estado de enlace (LSA - Link State Advertisement) LinkState Acknowledgement: confirma o recebimento seguro da informação de estado de enlace

42 Mensagens OSPF Cabeçalho OSPF Mensagem Hello Byte 1 Byte 2 Byte 3
Version (2) Tipo de Mensagem Tamanho da Mensagem Identificador de Roteador Identificador de Área Checksum da mensagem Tipo de Autenticação Dados de autenticação ... Reservado ID de Chave Tamanho da Autentic. Número de sequência Cabeçalho OSPF Byte 1 Byte 2 Byte 3 Byte 4 Máscara de rede Intervalo de Hello Opções Prioridade Roteador Intervalo de morte do roteador Roteador designado Roteador designado de backup Primeiro Vizinho Outros Vizinhos Mensagem Hello

43 Descoberta de Vizinhos
Mensagem Hello Permite detectar novos vizinhos e verificar se estão ativos As mensagens são enviadas em intervalos de 10 segundos O intervalo de morte é geralmente 40 segundos Prioridade do Roteador Utilizado para eleger o roteador designado (designated router) o desempate entre prioridades é feito para o roteador com ID mais alto Lista de Vizinhos Os vizinhos são identificados pelo seu ID (IP)

44 Mensagens OSPF Database Description Byte 1 Byte 2 Byte 3 Byte 4
MTU da Interface Opções Reservado I M S Número de sequência da descrição do banco de dados Identificador de Área Idade do Estado de Enlace Opções Tipo do Est. Enlace Identificador de Estado de Enlace Roteador Anunciante Número de sequência do Estado de Enlace Checksum Tamanho Outros Cabeçalhos de Anúncio de Estado de Enlace .... Database Description

45 Sincronismo com Banco de Dados
O método OSPF exige que cada roteador possua uma cópia idêntica dos estados de enlace da rede. Para evitar que informações em excesso sejam trocadas pela rede, a seguinte estratégia é adotada: O roteador anuncia uma lista de enlaces que ele conhece (DataBase Description) lista os identificadores de entrada da base, mas não envia os dados propriamente dito O roteador que recebe o anúncio solicita apenas as entradas que estão faltando (Link State Request) O roteador que fez o anúncio envia mensagens contendo os LSA solicitados (Link State Update)

46 Mensagens OSPF Link State Request (LSR)
Byte 1 Byte 2 Byte 3 Byte 4 Tipo de Estado de Enlace Identificador do Estado de Enlace Roteador Anunciante Outros Anúncios de Estado de Enlace Requisitados.... Link State Request (LSR) Contador de Anúncios (número de LSAs) Idade do Estado de Enlace (LS) Opções Tipo de LS Identificador de estado do enlace Roteador Anunciado Número de Sequência de Estado do Enlace Checksum do Estado de Enlace (LS) Tamanho Flags Reservado Número de Enlaces Identificador de Enlace (IP ou Subrede) Dado do Enlace (Máscara de Subrede) Tipo de Enlace Contador de TOS Métrica Padrão TOS Reservado Métrica do TOS Link State Update (LSU = N X LSA)

47 Redes de Acesso Múltiplo
Redes de acesso múltiplo são redes nas quais vários roteadores são interconectados a um enlace compartilhado com suporte a broadcast (multicast) Mensagens de Hello são enviadas em multicast ( ) Anúncios de LSA são feitos ao roteador designado e ao roteador designado de backup usando um endereço de multicast ( ) O roteador designado distribui os anúncios usando o endereço de multicast Roteador Designado Roteador Designado de Backup meio de múltiplo acesso

48 Áreas OSPF No OSPF, áreas são organizadas em uma hierarquia de dois níveis: área zero: backbone do AS demais áreas: conectadas ao backbone Os roteadores que conectam uma área ao backbone são denominados: ABR Os ABR transmitem informações sumarizadas para os demais roteadores da sua área. Se uma única área for utilizada, a quantidade de roteadores é limitada (menos que 200 para roteadores legados).

49 Terminologia OSPF BACKBONE OSPF Area 0.0.0.0 Area 0 N1 Area 3 R0
Roteador de Fronteira de Área (ABR) N2 R1 R3 Fronteira de AS Area 1 R2 Area 2 (Stub) R7 LSA NSA R4 R8 R6 R5 Rx Roteador de Fronteira de AS (ASBR) N1 Rede RIP

50 Terminologia OSPF Roteadores Intra-Area:
Conhecem apenas a topologia de rede do interior de sua própria área. Roteadores de Fronteira de Área (ABR) Conhecem duas ou mais áreas aos quais estão diretamente conectados. Efetuam agregação de rotas utilizando CIDR (a agregação pode ser ativada ou não) a agregação interfere no funcionamento do LDP (MPLS) Roteadores de Fronteira de AS (ASBR) Trocam informações com outros AS e podem pertencer a qualquer área.

51 Tipos de Anúncio de Estado de Enlace
No OSPF são utilizados 4 tipos de LSA: Tipo 1: Router-Link Entry Anúncios de Enlaces de Roteador Produzidos por todos os roteadores e são espalhados dentro de uma única área. Tipo 2: Network-Link Entry Anúncios de Enlaces de Rede: Produzidos pelo roteador designado e são espalhados em uma única área. Tipo 3 e 4: Summary-Link Entry Anúncio de Enlaces de Resumo: Produzidos pelos roteadores de fronteira de área ABR. Descrevem rotas para destinos em outras áreas e para os roteadores de fronteira de AS. Tipo 5: Autonomous System External Link Entry Anúncio de Enlaces de AS Externo São produzidos pelos roteadores de fronteira AS e são espalhados por todos as áreas.

52 Tipos de Áreas Áreas Stub Not So Stubby Area (NSSA) Enlaces Virtuais
Utilizadas para proteger roteadores com pouca capacidade de CPU ou memória Esse tipo de área é configurada no ABR, que propaga apenas uma rota padrão para os demais roteadores da área Not So Stubby Area (NSSA) Uma LSA especial denominada LSA-NSSA é utilizada para propagar rotas de uma área Stub para outras áreas que não suporte OSPF (por exemplo RIP) Essa mensagem tem um campo adicional que permite apontar uma gateway diferente do roteador anunciante. Enlaces Virtuais Permitem criar enlaces virtuais (não físicos) usados para aumentar a conectividade da malha OSPF. Exemplo: interconectar duas áreas adjacentes utilizando um roteador que não tem interface direta com a Área 0.

53 BGP: Border Gateway Protocol
Função Troca de informação entre sistemas autônomos Criado em 1989 RFC 1267 Substitudo do EGP Utiliza mensagens de “update” para informar aos roteadores sobre alterações nas tabelas de roteamento.

54 EGP SA3 200.17.0.0/16 200.18.0.0./16 SA2 210.7.0.0/16 SA1 IGP Y Z IGP
ROTAS /16 por Z /16 por Z SA3 IGP Y Z IGP ROTAS /16 por E /16 por E /16 por E X W IGP IGP EGP /16 /16 IGP B E IGP IGP F G C EGP IGP IGP D IGP IGP IGP I J IGP SA2 /16 SA1

55 PROPAGAÇÃO DAS ALTERAÇÕES
BGP Mensagem de UPDATE BGP A B F G E C H D I SISTEMA AUTÔNOMO 1 SISTEMA AUTÔNOMO 2 SISTEMA AUTÔNOMO 4 BGP Speaker SISTEMA AUTÔNOMO 3 PROPAGAÇÃO DAS ALTERAÇÕES