Art 5

Roberto Néia Amaral et al.
Protocolos de roteamento RIP e OSPF
Roberto Néia Amaral (Mestre)
Curso de Ciência da Computação - Universidade Tuiuti do Paraná
Ciro de Barros Barbosa (Doutor)
Curso de Ciência da Computação - Universidade Tuiuti do Paraná
Diógenes Cogo Furlan (Mestre)
Curso de Ciência da Computação - Universidade Tuiuti do Paraná
Tuiuti: Ciência e Cultura, n. 29, FACET 04, pp. 75-84, Curitiba, abr. 2002
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Protocolos de roteamento RIP e OSPF
Resumo
Este artigo apresenta uma descrição de protocolos de roteamento, suas principais funcionalidades e uma descrição dos protocolos de roteamento RIP e OSPF. Quanto as propriedades de um algoritmo de roteamento são
citadas as principais funcionalidades que deverão possuir e sua base de dados, a qual deverá sempre estar atualizada. Estes protocolos são utilizados no roteamento em redes de computadores. Dentro de vários protocolos de
roteamento, este artigo referencia o OSPF, o qual foi desenvolvido por um grupo de pesquisa de reconhecimento
mundial e o RIP, o qual é aceito por todos os roteadores atuais.
Palavras-chave: protocolos de roteamento, protocolo RIP, protocolo OSPF.
Abstract
This article presents a description of routing protocols, their main characteristics and a description of the RIP and
OSPF protocols. We describe the main characteristics required in a routing algorithm, together with the related
database that should be always updated. These protocols are used for the routing process of Computer Networks.
Within several routing protocols, we refer in particular to OSPF protocol because it was developed by a research
group recognised world-wide, and the RIP protocol, compatible with all routers in use nowadays.
Key words: routing protocols, RIP protocol, OSPF protocol.
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Roberto Néia Amaral et al.
A Internet é um conjunto de redes interligadas através de gateways. Essas redes podem ser links ponto-aponto, Ethernet ou Arpanet, que fazem
constantemente trocas de pacotes de informações
entre os hosts. A decisão de qual caminho seguir e de
onde colocar estes pacotes é tomada pelos protocolos de roteamento.
A principal função do protocolo de roteamento é
fornecer a informação necessária para fazer o roteamento.
Esses são realizados por equipamentos chamados
roteadores que são gateways, os quais possuem duas ou
mais interfaces pertencentes a diferentes redes. Eles mantêm em sua memória uma tabela que contém todos os
endereços conhecidos e que serão utilizados no momento de enviar os pacotes de informações(datagrama). A
função principal de um gateway é direcionar pacotes entre
redes, entregando o pacote desejado ao seu destino final
ou a um outro gateway.
O roteamento, que é a principal função de um
gateway, é um conjunto de normas aplicadas sobre uma
rede de comunicação, que determina qual caminho
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um pacote de informação deverá seguir para atingir o
seu host de destino, fazendo assim, o uso racional dos
recursos fornecidos pela rede.
O pacote de informação, também conhecido
como datagrama, pode ser entregue diretamente ao
seu destino, desde que este esteja em uma das redes
que estão diretamente conectadas ao host. Se o host
não estiver diretamente conectado à rede de origem,
o gateway examina o destino contido no cabeçalho
do pacote, busca o endereço mais próximo em sua
tabela de endereços, e envia o datagrama para o
gateway, que possua o endereço mais próximo do
ponto de destino. Este processo se encerra quando
o pacote é entregue a um gateway que esteja diretamente ligado à rede de destino.
Os algoritmos de roteamento executam os seguintes processos:
- Extraem o endereço do datagrama recebido;
- Verificam se o endereço de rede do datagrama é
igual ao da rede local;
- Se for igual, fazem o roteamento direto;
- Se o endereço não for igual ao endereço da rede
local, consultam a sua tabela de rotas;
- Se o endereço estiver em sua tabela, fazem o
roteamento direto ao gateway relacionado;
- Se o endereço do datagrama não consta em sua
tabela de rotas, enviam este pacote ao gateway default.
Algoritmo de Roteamento
Um algoritmo de roteamento deve possuir as
seguintes propriedades:
- Cálculos Corretos: calcular rotas corretamente a
seus destinos, e quando os destinos não forem
encontrados deverá enviar os datagramas para
seus gateway default. Não deve endereçar os
datagramas a endereços inexistentes. Um
algoritmo de roteamento não deve simplesmente rotear um datagrama a um destino, ele
deve também calcular qual é a melhor rota naquele momento.
Os algoritmos de roteamento cumprem um papel importante neste tráfego de informações, por
serem mecanismos que rodam nos gateway, atualizando a sua tabela de roteamento. São responsáveis em
determinar qual é o melhor caminho para se atingir
um determinado ponto. Estes mecanismos são parte integrante dos programas do nível de rede, por
decidirem qual é o caminho que um pacote deverá
seguir para chegar ao seu destino final.
Propriedades de um Algoritmo de
Roteamento
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-
Agilidade: o algoritmo de roteamento deve ser ágil
e de tamanho satisfatório, de forma a não sobrecarregar a máquina, e simples o suficiente de tal
modo que o usuário seja capaz de entendê-lo.
- Convergência: outra propriedade importante de um
algoritmo é a sua convergência. Ele deve convergir (atualização da tabelas de roteamento) rapidamente, ao ponto de atualizar a sua tabela de
roteamento o mais rápido possível, sem causar
nenhum ônus ao usuário. Por exemplo, quando um
determinado usuário envia um pacote a um destino qualquer que não esteja em sua rede, o seu
gateway default ao receber este pacote de informações, deve possuir sua tabela de rotas atualizada para que possa calcular a melhor rota para o
destino do pacote a ser enviado.
- Eficácia: ao determinar a rede e uma vez inicializado,
o algoritmo de roteamento deve permanecer em
execução por tempo indeterminado. Durante este
tempo que estiver no ar, redes vão ser alteradas e
novos host entrarão nesta topologia. O algoritmo
deverá ser capaz de reconhecê-las.
Os algoritmos de roteamento utilizam uma tabela de
roteamento em cada máquina para guardar as informações sobre os destinos e qual o melhor caminho possível, esta tabela é sempre consultada quando existe a
necessidade de enviar um datagrama a um host ou gateway.
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As informações que são guardadas nestas tabelas
são, o IP da rede destino e o IP do gateway que se
encontra no caminho para se atingir esta rede.
Nestas tabelas é impossível armazenar todas as
informações sobre todos os host de todas as redes
conhecida pelo gateway, o principal motivo é o tamanho que estas tabelas teriam.
Cada entrada na tabela de roteamento contém as
seguintes informações:
- IP Endereço: o endereço de destino
- Distância: determina qual a distância entre o destino
e o corrente host ou porta, e mensura o custo para
obter o datagrama para o seu destino. Na maior
parte das implementações, a distância é uma determinação do número de hops que o datagrama tem
que percorrer em ordem para alcançar o destino.
- Próximo Hop: o endereço IP da próxima porta que
o datagrama precisa para ser enviado e poder chegar ao destino final .
- Troca de Flag: uma flag indicando que há uma modificação para a informação de roteamento para
esta entrada.
- Interface: a interface da rede pela qual deve ser enviado o datagrama para o próximo gateway ou host
de destino.
- Timers: usado para o tempo de entradas na tabela
de rotas. Existem dois tipos de tempo para cada
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entrada. O primeiro indica o tempo deixado antes que a entrada tenha sido considerada fora de
data e marcada para ser eliminada. Geralmente, este
valor é definido como 180 segundos quando a
entrada é criada ou alterada. O segundo é o tempo
de controle quando a rota é atualizada pela tabela.
rota é estabelecida por um algoritmo de roteamento
qualquer, mas no meio do caminho existe sempre
um host que apresente problemas. Percebendo este
fato, o usuário define uma rota estática, estabelecendo que o caminho não seja através deste host problemático, fazendo assim que sua rota esteja sempre ativa.
As tabelas de roteamento são criadas e
mantidas por diversos tipos de algoritmos de
roteamento, dentre os quais existem dois que são
mais conhecidos, algoritmo de Bellman-Ford e
algoritmo de Djikstra.
Protocolos de Roteamento RIP
FIGURA 1: ENTRADAS NA TABELA DE ROTEAMENTO
Em muitos casos uma tabela de roteamento possui rotas estáticas, que são rotas que direcionam um
host a outro, através de um caminho pré-determinado. Estas rotas estáticas são criadas para que o
datagrama tome sempre o mesmo caminho. Por
exemplo, um determinado usuário possui uma rota
a ser seguida através de um determinado host, esta
Um dos protocolos mais utilizados atualmente
é o RIP (Routing Information Protocol), o qual
foi criado para ser utilizado em endereçamento
baseado em IP, baseado no algoritmo de
Bellman-Ford, o qual por sua vez pertence à uma
classe de algoritmos conhecidos como “algoritmo
de vetor a distância”.
O RIP é um protocolo que utiliza o UDP em
protocolo IP (trabalha sobre a port number 520,
enviando através destas seus broadcast, por mais que
uma requisição seja feita através de uma outra port),
para troca de informações entre gateways. A sua finalidade é colher e manter correta as informações
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dos caminhos a serem seguidos pelos datagramas
dentro da rede.
Este protocolo utiliza a técnica de vetor-distância,
transformando máquinas em ativas e passivas. Os
gateways ativos informam as rotas conhecidas por ele
a outros gateways, já os passivos somente recebem estas informações e atualizam as suas tabelas de rotas.
Normalmente os gateways são máquinas ativas e os
hosts atuam como máquinas passivas.
As mensagens propagadas pelo RIP não possuem
um tamanho definido, ele assume que o protocolo de
transporte informe o tamanho da mensagem. Por exemplo, quando o protocolo RIP está trabalhando sobre o
TCP/IP, este tamanho é definido pelo protocolo UDP.
O RIP envia suas mensagens sobre rotas a cada 30
segundos, como broadcast, contendo o endereço IP
de rede e sua distância. A distância é a métrica de contagem de saltos entre gateways (hop). Um hop significa
que existe um único salto de um gateways até a rede
diretamente conectada e dois hops indica que existe
um salto de gateways a outro, para atingir a rede desejada. O número de hops (saltos) que é indicado para se
atingir um determinado ponto, indica quantos gateways
existem neste caminho.
Em alguns momentos a menor quantidade de hops
não indica o melhor caminho. Pode ser que uma rota
com mais números de saltos signifique uma maior
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qualidade de conexão (rapidez), para solucionar esta
deficiência do protocolo RIP. O usuário deve, manualmente, alterar rota indicando uma métrica maior a esta definida pelo protocolo, forçando assim
que seja estabelecido um caminho maior mas com
melhor qualidade.
O protocolo RIP tem a vantagem de trocar um
mínimo de informações para manter a tabela de rotas e a limitação de permitir somente um máximo de
15-hop para medir a distância para uma rede. Para o
propósito do RIP, 16 hops representam o infinito.
Uma limitação adicional é que o RIP não toma conta
das condições do tempo real da rede semelhante a
um congestionamento ou uma demora quando calcula a distância entre redes. Redes que têm sido determinadas para serem inacessíveis terão dado um
valor de distância de 16 hop (saltos entre roteadores),
significando o infinito.
Protocolos de Roteamento OSPF
Outro protocolo muito utilizado atualmente é
OSPF (Open Short Path Firts), que utiliza tecnologia
Link State e foi desenvolvido pelo OSPF working
group da IETF, tendo sido criado para ambientes
Internet, baseando-se no roteamento pelo Type of
Service (TOS).
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O protocolo rapidamente detecta mudanças
(como falhas na interface de roteamento) e calcula
novas rotas, livres de loops, após o período de convergência. Este período de convergência é pequeno
e envolve o mínimo de tráfego de roteamento. Em
um protocolo de roteamento baseado no
SPF(shortest path first), cada roteador mantém uma
base de dados descrevendo a topologia. Cada parte individual desta base de dados é um estado particular do roteador local(a interface usável do
roteador e vizinhos alcançáveis).
Todos roteadores executam o mesmo algoritmo
em paralelo. Sobre a base de dados topológica, cada
roteador constrói uma árvore dos menores caminhos alcançáveis , sendo ele próprio a raiz. Esta árvore mostra a rota para cada destino de um Sistema
Autônomo. Informações para roteamento externo
aparece como folhas na árvore.
O OSPF calcula separadamente rotas para cada
TOS. Quando várias rotas de custos iguais existem
para um destino, o tráfego é distribuído igualmente
sobre elas. O custo de uma rota é descrito por uma
métrica.
O OSPF permite que um conjunto de redes seja
agrupada. Este grupo é chamado de área. A topologia
de uma área não é vista pelo resto do Sistema Autônomo. Esta informação oculta, permite uma redu-
ção significativa no tráfego de roteamento, da mesma forma o roteamento de uma área é determinado
apenas pela topologia da área, dando proteção à área
de dados de roteamentos errados.
O protocolo OSPF permite uma configuração
flexível de sub-redes IP. Cada rota distribuída pelo
OSPF possui um destino e uma máscara. Duas subredes diferentes em um mesmo número IP de rede
podem ter diferentes tamanhos(máscaras). Isto é normalmente referenciado como tamanho variável de
sub-redes.
Toda troca do protocolo OSPF é autenticada.
Isto significa que apenas rotas confiáveis podem participar do roteamento de um Sistema Autônomo.
Uma variedade de esquemas de autenticação pode
ser usado. Um esquema simples de autenticação é
configurado para cada área. Isto permite algumas
áreas fezerem uso de uma autenticação mais restrita
que outras.
Dados externos de roteamento são passados
transparentemente pelo Sistema Autônomo. Estes
dados são conservados separados dos dados OSPF
de Link State. Cada rota externa pode ser etiquetada
pelo roteador que está anunciando, permitindo a
passagem de informação adicional entre roteadores
das fronteiras de um Sistema Autônomo.
O OSPF suporta os seguintes tipos de redes:
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- Ponto a Ponto: uma rede que possui um par de
roteadores. Uma linha 64k serial é um exemplo
de uma rede ponto a ponto.
- Broadcast: redes que suportam mais de um roteador,
que juntos possuem a capacidade de endereçar
uma mensagem para todos os outros
roteadores(broadcast).
- Não-Broadcast: redes que possuem vários roteadores,
porém não possuem a capacidade de broadcast.
Por exemplo temos uma rede X25 ou ISDN.
- Ponto-a-Multiponto: suporta múltiplos roteadores em
uma parcial malha de configuração.
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Conclusão
O protocolo de roteamento é uma ferramenta de
grande importância dentro de uma rede de computadores. A escolha da melhor solução pode definir o
bom funcionamento de uma rede, pois a lentidão na
questão de convergência pode gerar vários tipos de
atrasos em uma comunicação, onde poderia gerar um
colapso. Por um outro lado, a complexidade gerada
na instalação, configuração e manutenção de um protocolo de roteamento pode exigir um profissional
exclusivo para manter esta parte da rede.
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Referências bibliográficas
COMMER, D. (1991). Internetworking with TCP/IP: Principles, Protocols, and Architeture. 2.ed., vol.1. Prentice-Hall,
Englewood Cliffs, NJ.
TANENBAUM, A. (1989). Computer Networks. 2.ed. [s.n].
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