Encaminhamento Tabelas de rotas Tabelas de rotas - DI PUC-Rio

Encaminhamento
Bacharelado em Informática
TCP/IP
Disciplina: Internet e Arquitetura
Cada datagrama é despachado pela origem e o
software IP na origem e nos roteadores
colaboram para entregáentregá-lo ao destino
TCP/IP
• O caminho seguido é chamado de rota
Encaminhamento e roteamento
Os roteadores constróem tabelas de rotas para
realizarem o encaminhamento
Atualização de tabelas de rotas
Sistemas autônomos
Essas tabelas contêm, a princípio, entradas que
relacionam um determinado destino a uma
métrica (ou custo
custo))
• Podem apresentar outras informações
1
2
Tabelas de rotas
Tabelas de rotas
Copyright  1999
1999--2008 by TeleMídia Lab.
TCP/IP
vênus-slip terra-slip
10.1.55.2 10.1.55.10
255.255.255.0
255.255.255.0
vênus-eth
10.1.16.4
255.255.255.0
08:00:20:73:e1:01
10.1.2.10
255.255.255.0
00:00:0c:09:34:23
rot-eth
mercúrio
10.1.16.7
255.255.255.0
08:00:69:73:e1:01
terra-eth
10.1.2.5
255.255.255.0
08:00:20:80:f1:a0
10.1.2.3
10.1.2.7
255.255.255.0
255.255.255.0
08:00:69:75:e1:4e08:00:69:75:e1:0a
marte
júpiter
TCP/IP
Network
Address
Netmask
Gateway
Address
Interface
Metric
0.0.0.0
127.0.0.0
10.1.2.0
10.1.2.5
10.1.55.0
10.1.55.10
10.1.16.0
255.255.255.255
0.0.0.0
255.0.0.0
255.255.255.0
255.255.255.255
255.255.255.0
255.255.255.255
255.255.255.0
255.255.255.255
10.1.2.10
127.0.0.1
10.1.2.5
127.0.0.1
10.1.55.10
127.0.0.1
10.1.55.2
10.1.2.5
10.1.2.5
127.0.0.1
10.1.2.5
127.0.0.1
10.1.55.10
127.0.0.1
10.1.55.10
10.1.2.5
1
1
1
1
1
1
1
1
REDES
EXTERNAS
3
4
Roteamento
Roteamento
TCP/IP
A forma como os roteadores obtêm as
informações para suas tabelas de rotas envolve
duas questões:
• Que valores devem ser colocados nas tabelas ?
TCP/IP
A inicialização depende do sistema operacional:
• Lê uma tabela inicial armazenada em disco
– Entradas para redes “locais” podem ser inseridas implicitamente
• Começa com a tabela vazia e preenche através de comandos
explícitos
• Como esses valores são obtidos ?
• Inicia “deduzindo” um conjunto mínimo de roteadores
Além disso, o estabelecimento de rotas envolve
duas fases:
vizinhos
Caso mude a topologia de conectividade, as tabelas de
rotas devem ser reconfiguradas:
• Inicialização
• Estática (comandos de configuração/diagnóstico, mensagens
• Atualização
ICMP Redirect)
• Dinâmica (protocolos de divulgação de rotas)
5
6
Roteamento dinâmico
Examinando o problema do roteamento dinâmico
TCP/IP
TCP/IP
si,, sobre a
Roteadores trocam informações entre si
topologia (ou arquitetura topológica
topológica)) da inter
inter-rede
Relembrando...
A troca de informações é baseada em algum
algoritmo//protocolo específico
algoritmo
Abstratamente,
roteamento é o
problema de descobrir
um caminho em um
grafo, sujeito a uma ou
mais restrições
O uso de roteamento dinâmico não muda o
algoritmo de encaminhamento IP
Propagação automática de rotas
Internet e Arquitetura TCP/IP
Protocolos
de Divulgação
de Rotas
R
R
R
Tabela
de Rotas
R
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Lab.
abstração da
conectividade da rede
8
R
R
R
R
R
R
• O grafo é uma
7
R
R
R
Internet
Protocol
R
Alg. de Roteamento X Alg. de Grafo
Alg. de Roteamento X Alg. de Grafo
TCP/IP
N4
TCP/IP
N5
N4
N1
N5
N1
R7
R6
R2
N2
R6
R1
Rede ATM
R4
R3
R7
R2
R5
N3
R1
R5
R4
N1
N3
R1
R6
N5
R3
N6
R7
R2
N2
R5
R1
R4
N3
Rede ATM
R3
R5
N4
N6
R2
N2
R3
R7
R6
N6
R4
9
10
Principais Algoritmos
Bellman--Ford
Bellman
TCP/IP
TCP/IP
Roteamento
Grafos
Bellman--Ford
Bellman
Vetor de Distâncias
X
X
Dijkstra
Estado de Enlaces
Bellman–Ford Algorithm
(solid line denotes a direct link;
dashed line denotes distance).
Bellman-Ford Equations
Obs: when a node k that is not
directly connected to j:
11
12
Algoritmo de BellmanBellman-Ford
Bellman--Ford
Bellman
TCP/IP
TCP/IP
13
14
Algoritmo de Vetor de Distâncias
Algoritmo de Estado de Enlaces
TCP/IP
Inicialmente, cada roteador possui em sua tabela de rotas
uma entrada para cada rede ao qual está ligado
diretamente
Periodicamente o roteador envia para seus vizinhos um
vetor de distâncias e recebe deles outros vetores
• Vetor de distâncias = { (Prefixo IP, custo) }
Se um desses vetores revela uma rota nova, ou uma rota
de menor custo do que uma presente atualmente na
tabela de rotas local, esta rota será incorporada na tabela
local
TCP/IP
Cada roteador mantém um estado local (router local
state)
• Contém informações sobre interfaces operacionais do
roteador e vizinhos alcançáveis por meio dessas interfaces
Roteador distribui estado local a todos os outros
roteadores
• Distribuição periódica ou devido a mudanças no estado local
Cada roteador constrói uma base de dados descrevendo a
arquitetura topológica da interinter-rede (link
(link--state database)
• Base de dados = {estado local do roteador i}, p/ todo i ∈ AS
Cada roteador executa o alg. de Dijkstra sobre sua base
• Constrói árvore de caminho mais curto onde o roteador é a
15
raiz
16
Tabelas de rotas em hosts
Bacharelado em Informática
TCP/IP
Disciplina: Internet e Arquitetura
Tabela de rotas vazia:
TCP/IP
• Aprende pelo menos um roteador default por ICMP
Router Advertisement
• Aprende pelo menos um roteador default por DHCP
• Escuta de protocolos de roteamento
Um roteador default: todos os datagramas IP são
enviados para ele
Encaminhamento e roteamento
Atualização de tabelas de rotas
• Rotas melhores podem ser aprendidas por:
Sistemas autônomos
– ICMP Redirects se houver outros roteadores mais
adequados
– Escuta de protocolos de roteamento
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18
Tabelas de rotas em hosts
Tabelas de rotas em roteadores
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TCP/IP
Mais de um roteador default: capacidade de usar
outros roteadores caso o primeiro falhe
• Níveis de preferência X roundround-robin
Rotas estáticas específicas:
• Caso a estação esteja em uma rede com mais de
uma saída e não se queira usar ICMP Redirect
TCP/IP
Hosts podem sempre encaminhar seus
datagramas mesmo que só conheçam
parcialmente a arquitetura (topológica) da interinterrede
E roteadores? Depende da arquitetura da interinterrede
Rede
1
R
R
R
R
R
Rede
2
19
Rede
x
R
R
Rede
y
20
Arquitetura Original da Internet
Arquitetura Original da Internet
TCP/IP
Baseada em roteadores centrais e um backbone
TCP/IP
Roteadores centrais que não “conversam” GGP :
• ARPANET (controle pela INOC)
• Non
Non--participating routers
routers:: rotas default
• Protocolo de roteamento no backbone: GGP (DVA)
• Caminhos nãonão-ótimos
Problema: pouca escalabilidade
Rede Local 4
Rede Local 5
• Retardo e sobrecarga do GGP
NR1
NR2
BACKBONE
BACKBONE
R1
R1
Rede Local 1
Rede Local 1
R2
R3
R2
Rede Local 2
X
Rede Local 3
R3
Rede Local 2
Rede Local 3
21
22
Arquitetura Original da Internet
Arquitetura Original da Internet
TCP/IP
Arquitetura permanece pouco escalável:
Evoluçção Inicial:
Evolu
• Novo conceito de “rede local”: interinter-rede controlada
por uma autoridade administrativa individual
• Roteadores da periferia conhecem parcialmente a
topologia
Inter--rede 2
Inter
Sistema
BACKBONE
Central
R
1
R
2
TCP/IP
• Aumento do overhead de roteamento e do tamanho
das tabelas de rotas
– Pressões contra “mudanças gratuitas”
• Crescimento das interinter-redes periféricas
– Uso de protocolos de divulgação de rotas também
nessas interinter-redes
• Integração entre roteamento no sistema central e
roteamento nas interinter-redes periféricas
R
3
Problema reside na política de roteamento
Inter--rede 1
Inter
Inter--rede 3
Inter
23
• Responsabilidade e capacidade
24
Sistemas autônomos (Autonomous systems)
Bacharelado em Informática
Revisão da Arquitetura
Disciplina:
TCP/IP
TCP/IP
Divisão da Internet em Sistemas Autônomos (AS),
cada AS consistindo em um conjunto de
roteadores e redes sob mesma administração
Modelo de operação
AS é identificado por um número de 16 bits
Endereçamento IP
Protocolos IP e ICMP
BACKBONE
Encaminhamento e roteamento
AS 0
R1
Atualização de tabelas de rotas
R2
Rn
...
Sistemas autônomos
AS 1
AS 2
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26
Sistemas autônomos
Sistemas autônomos
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AS n
TCP/IP
Definição Clássica
• Conjunto de roteadores, administrados de forma única (1
único responsável técnico), que utilizam um protocolo de
roteamento interno e métricas em comum para definir rotas
dentro de um AS e que utilizam um protocolo de roteamento
externo para divulgar e receber rotas de outros AS’s.
TCP/IP
A princípio não existe um limite teórico para o
tamanho de um AS:
• pode ser uma simples rede local
• pode ser uma rede corporativa inteira
• pode ser um conjunto de redes de clientes de um
Definição Atual
• Conjunto de roteadores, administrados de forma única (1
provedor de acesso Internet
único responsável técnico) que possuem uma política de
roteamento interno coerente e que anunciam e recebem rotas
consistentes de outros AS’s através de um protocolo de
roteamento externo.
27
28
Sistemas autônomos
Arquitetura da Internet com AS’s
TCP/IP
AS pode usar um igp - protocolo de roteamento
interno - para calcular rotas internas
AS usa um egp - protocolo de roteamento externo
- para trocar infos. sobre rotas com outros AS’s
TCP/IP
Primeiro protocolo egp: EGP!!!
Restrições:
• Roteador de borda só divulga
AS1
EGP
rotas para redes dentro do seu AS
AS0
• EGP só propaga informações de
(Sistema
alcançabilidade
egp
igp1
igp2
Roteadores de borda
sempre um único backbone
central interligando os roteadores
de borda
29
30
Descentralização da Arquitetura da Internet
TCP/IP
G
G
igp
G
G
igp
G
G
egp
egp
G
igp
G
igp
G
G
Necessidade de
um egp menos
restritivo
• BGP
31
EGP
AS3
• EGP assume que a Internet tenha
AS2
Central)
AS2
Resumindo:
AS1
EGP
– Não usa algoritmo para escolha de
melhor rota