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Visão geral
No "Endereçamento IP," você aprendeu o processo de configuração dos endereços Internet Protocol (IP). Neste capítulo, você aprenderá sobre o uso do roteador e as operações para executar a função-chave de internetworking da camada de rede, camada 3, do modelo de referência Open System Interconnection (OSI). Além disso, você aprenderá a diferença entre protocolos de roteamento e roteados, e como os roteadores fazem o rastreamento das distâncias entre os locais. Finalmente, você aprenderá sobre o vetor de distância (distance vector), o link-state e a abordagem de roteamento híbrido, e como cada um deles resolve os problemas comuns de roteamento.
11.1 Princípios básicos do roteamento 11.1.1 Determinação do caminho
A determinação do caminho, para o tráfego através de uma nuvem de rede, ocorre na camada de rede (camada 3). A função de determinação do caminho permite que um roteador avalie os caminhos disponíveis para um destino, e estabeleça o tratamento preferido de um pacote. Os serviços de roteamento usam as informações da topologia de rede ao avaliarem os caminhos de rede. Essas informações podem ser configuradas pelo administrador de rede ou coletadas através de processos dinâmicos sendo executados na rede.
A camada de rede proporciona entrega de pacote melhor possível, ponto a ponto, nas redes interconectadas. A camada de rede usa a tabela de roteamento IP para enviar pacotes da rede de origem à rede de destino. Depois que o roteador determinar que caminho deve ser usado, ele prosseguirá encaminhando o pacote. Ele leva o pacote que aceitou em uma interface e o encaminha para outra interface ou porta que reflita o melhor caminho para o destino do pacote.
11.1 Princípios básicos do roteamento 11.1.2 Como os roteadores fazem roteamento de pacotes da origem para o destino
Para ser realmente prática, a rede deve representar com consistência os caminhos disponíveis entre os roteadores. Como a Figura mostra, cada linha entre os roteadores tem um número que os roteadores usam como endereço de rede. Esses endereços devem transmitir informações que possam ser usadas pelo processo de roteamento para passar os pacotes de uma origem
11.1 Princípios básicos do roteamento 11.1.3 Endereçamento de rede e de host
O roteador usa o endereço de rede para identificar a rede de destino (LAN) de um pacote em uma internetwork. A figura mostra três números de rede que identificam segmentos conectados ao roteador.
Para alguns protocolos da camada de rede, essa relação é estabelecida por um administrador de rede que atribui endereços de rede, de acordo com um plano de endereçamento de internetwork predeterminado. Para outros protocolos da camada de rede, atribuir endereços é parcialmente ou completamente dinâmico. A maioria dos esquemas de endereçamento do protocolo de rede usa alguma forma de endereços de host ou nó. Na figura, os três hosts são mostrados compartilhando a rede número 1. -
11.1 Princípios básicos do roteamento 11.1.4 Seleção de caminhos e switching de pacotes
Um roteador normalmente retransmite um pacote de um enlace de dados para outro, usando duas funções básicas:
- Uma função de determinação de caminho
- Uma função de switching
11.1 Princípios básicos do roteamento 11.1.5 Protocolo roteado versus protocolo de roteamento
Por causa da similaridade dos dois termos, há uma freqüente confusão entre o protocolo roteado e o protocolo de roteamento. Protocolo roteado é qualquer protocolo de rede que fornece informações suficientes no seu endereço de camada de rede para permitir que um pacote seja encaminhado de um host para outro, baseado no esquema de endereçamento. Os protocolos roteados definem os formatos dos campos dentro de um pacote. Os pacotes geralmente são transportados de sistema final a sistema final. O Internet Protocol (IP) é um exemplo de protocolo roteado. Protocolos de roteamento suportam um protocolo roteado fornecendo mecanismos para compartilhar as informações de roteamento. As mensagens do protocolo de roteamento se movem entre os roteadores. Um protocolo de roteamento permite que os roteadores se comuniquem com os outros roteadores para atualizar e manter tabelas. Exemplos de protocolos de roteamento TCP/IP são:
- RIP (Routing Information Protocol)
- IGRP (Interior Gateway Routing Protocol)
- EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol)
- OSPF (Open Shortest Path First)
11.1 Princípios básicos do roteamento 11.1.6 Operações do protocolo da camada de rede
Quando um aplicativo host precisar enviar um pacote a um destino em uma outra rede, o host endereçará o quadro de enlace de dados para o roteador, usando o endereço de uma das interfaces do roteador. O processo de camada de rede do roteador examina o cabeçalho do pacote sendo recebido para determinar a rede de destino, e depois referencia a tabela de roteamento que associa redes às interfaces de saída. O pacote é encapsulado novamente no quadro de enlace de dados apropriado para a interface selecionada e é enfileirado para ser entregue ao próximo salto do caminho.
Esse processo ocorre cada vez que o pacote é encaminhado através de outro roteador. No roteador que está conectado à rede do host de destino, o pacote é encapsulado no tipo de quadro de enlace de dados da LAN de destino e é entregue ao host de destino.
11.2 Por que os protocolos de roteamento são necessários 11.2.1 Rotas estáticas versus rotas dinâmicas
O conhecimento da rota estática é administrado manualmente por um administrador de rede que a insere em uma configuração do roteador. O administrador deve atualizar manualmente essa entrada de rota estática, sempre que for necessária uma atualização da alteração da topologia de internetwork. O conhecimento da rota dinâmica funciona de forma diferente. Depois que o administrador de rede inserir comandos de configuração para iniciar um roteamento dinâmico, o conhecimento da rota será automaticamente atualizado por um processo de roteamento, sempre que novas informações forem recebidas da internetwork. As alterações feitas no conhecimento dinâmico são trocadas entre os roteadores como parte do processo de atualização.
11.2 Por que os protocolos de roteamento são necessários 11.2.2 Por que usar um roteador estático
O roteamento estático tem várias aplicações úteis. Visto que o roteamento dinâmico tende a revelar tudo que sabe sobre uma internetwork, por motivos de segurança, você pode desejar ocultar partes de uma internetwork. O roteamento estático permite que você especifique as informações que deseja revelar sobre as redes restritas. Quando a rede estiver acessível apenas por um caminho, uma rota estática para a rede poderá ser suficiente. Esse tipo de rede é chamado de rede stub. Configurar o roteamento estático para uma rede stub evita a sobrecarga de roteamento dinâmico.
11.2 Por que os protocolos de roteamento são necessários 11.2.4 Por que o roteamento dinâmico é necessário
A rede mostrada na Figura se adapta de diferentes maneiras às alterações na topologia, dependendo dela usar informações de roteamento configuradas estática ou dinamicamente. O roteamento estático permite que os roteadores façam o roteamento correto de um pacote de rede para rede, baseado nas informações configuradas. O roteador consulta sua tabela de roteamento e segue o conhecimento estático que reside nela, para retransmitir o pacote para o roteador D. O roteador D faz a mesma coisa e retransmite o pacote para o roteador C. O roteador C entrega o pacote para o host de destino. Se o caminho entre o roteador A e o roteador D falhar, o roteador A não vai ser capaz de retransmitir o pacote ao roteador D usando essa rota estática. Até que o roteador A seja reconfigurado manualmente para retransmitir os pacotes pelo caminho do roteador B, a comunicação com a rede de destino será impossível. O roteamento dinâmico oferece maior flexibilidade. De acordo com a tabela de roteamento gerada pelo roteador A, um pacote pode chegar ao seu destino pela rota preferida, através do roteador D. No entanto, um segundo caminho ao destino está disponível pelo caminho do roteador B. Quando o roteador A reconhece que o link ao roteador D está inoperante, ele ajusta sua tabela de roteamento, fazendo com que o caminho através do roteador B seja o caminho preferido para o destino. Os roteadores continuam enviando pacotes por esse link. Quando o caminho entre os roteadores A e D for recuperado para o serviço, o roteador A poderá mais uma vez alterar sua tabela de roteamento para indicar a preferência pelo caminho anti-horário, através dos roteadores D e C à rede de destino. Os protocolos de roteamento dinâmico podem direcionar o tráfego de uma mesma sessão por diferentes caminhos de uma rede, para ter um melhor desempenho. Isso é conhecido como divisão de carga.
11.2 Por que os protocolos de roteamento são necessários 11.2.5 Operações de roteamento dinâmico
O sucesso do roteamento dinâmico depende de duas funções básicas do roteador:
- Manutenção de uma tabela de roteamento
- Distribuição oportuna do conhecimento, na forma de atualizações de roteamento, aos outros roteadores O roteamento dinâmico depende de um protocolo de roteamento para compartilhar o conhecimento entre os roteadores. Um protocolo de roteamento define o conjunto de regras usado por um roteador quando ele se comunica com os roteadores vizinhos. Por exemplo, um protocolo de roteamento descreve:
- Como enviar as atualizações
- Que conhecimento está contido nessas atualizações
- Quando enviar esse conhecimento
- Como localizar os receptores das atualizações
11.2 Por que os protocolos de roteamento são necessários 11.2.7 Três classes de protocolos de roteamento
A maioria dos algoritmos de roteamento pode ser classificada como um dos dois algoritmos básicos:
- Vetor de distância (distance vector); ou
- Link state.
A abordagem do roteamento de vetores de distância (distance vector) determina a direção (vetor) e a distância de todos os links na internetwork. A abordagem do link state (também chamado de shortest path first ) cria novamente a topologia exata da internetwork inteira (ou de pelo menos da parte onde o roteador está situado). A abordagem híbrida balanceada combina os aspectos dos algoritmos do link state e do vetor de distância (distance vector). As próximas páginas tratam dos procedimentos e dos problemas de cada um desses algoritmos de roteamento e apresentam técnicas para minimizar os problemas.
11.2 Por que os protocolos de roteamento são necessários 11.2.8 Tempo de convergência
O algoritmo de roteamento é fundamental para o roteamento dinâmico. Sempre que a topologia de uma rede for alterada devido ao crescimento, à reconfiguração, ou a uma falha, a base do conhecimento da rede também deverá ser alterada. O conhecimento precisa refletir uma visualização consistente e exata da nova topologia. Essa visão é chamada de convergência. Quando todos os roteadores em uma internetwork estiverem operando com o mesmo conhecimento, é dito que a internetwork convergiu. A convergência rápida é um recurso de rede desejável, porque reduz o período de tempo em que os roteadores continuariam a tomar decisões de roteamento incorretas/desnecessárias.
11.3 Roteamento de vetores de distância (distance vector) 11.3.2 Como os protocolos de vetores de distância (distance vector) trocam tabelas de roteamento
Cada roteador que usa roteamento de vetor de distância (distance vector) começa identificando seus próprios vizinhos. Na Figura, a porta que dá para cada rede conectada diretamente é mostrada como tendo uma distância 0. À medida que o processo de exploração de rede de vetor de distância (distance vector) prossegue, os roteadores descobrem o melhor caminho para as redes de destino, com base nas informações que recebem de cada vizinho. Por exemplo, o roteador A descobre outras redes baseado nas informações recebidas do roteador B. Cada uma das outras entradas da rede na tabela de roteamento possui um vetor de distância (distance vector) acumulado para mostrar a distância em que essa rede se encontra, em uma certa direção.
11.3 Roteamento de vetores de distância (distance vector) 11.3.3 Como alterações na topologia se propagam através da rede de roteadores.
Quando a topologia em uma rede de protocolo de vetor de distância (distance vector) for alterada, deverão ocorrer atualizações na tabela de roteamento. Da mesma forma que acontece com o processo de exploração da rede, as atualizações das alterações na topologia prosseguem passo a passo, de roteador para roteador. Os algoritmos de vetor de distância (distance vector) solicitam que cada roteador envie toda a sua tabela de roteamento para cada um dos vizinhos adjacentes. As tabelas de roteamento incluem informações sobre o custo total do caminho (definido pela sua métrica) e o endereço lógico do primeiro roteador do caminho para cada rede contida na tabela.
