Roteamento básico

Roteamento básico

O que é roteamento?
Consiste no simples ato de mover informação através de uma inter-rede de uma origem a um destino. Pelo caminho, ao menos um nó é encontrado.
Para um usuário despercebido pode ser semelhante a uma ponte, embora não seja. Uma ponte opera na camada 2 (enlace) do modelo OSI, enquanto o roteamento acontece na camada 3 (rede) do modelo OSI.
A diferença entre roteamento e ponte está em que tipo de informação irá se movimentar da origem ao destino.
Cada salto (hop) ou nó une uma rede logicamente à outra.
A função de um roteador é transmitir um pacote de dados de uma interface de dispositivo conectado numa rede à outra interface de dispositivo conectado à outra rede. Um roteador não encaminha pacotes para redes iguais e apresenta erro quando se tenta configurar mais de uma interface na mesma rede.

Componentes de roteamento
Envolve basicamente as atividades de determinação do melhor caminho de roteamento e o transporte de grupos de informação (pacotes) que passarão através de uma inter-rede. No processo de roteamento, isto é chamado de comutação de pacotes. Embora a comutação de pacotes pareça ser relativamente simples e direta, a determinação do caminho a ser seguido pelos pacotes até que se chegue ao destino pode ser bastante complexo.

Determinação do caminho
Protocolos de roteamento usam métricas para avaliar que caminho será o melhor para realizar o transporte do pacote. Uma métrica é um padrão de medida, como largura de banda que pode ser usado em algoritmos para determinar o melhor caminho a um destino. Para ajudar no processo de determinação do caminho, algoritmos de roteamento criam em mantém tabelas de roteamento, que contém informação de rota. A informação de rota varia dependendo do algoritmo de roteamento usado.
Algoritmos de roteamento preenchem tabelas de roteamento com uma variedade de informações. Associações de destino/próximo salto informam um roteador que um destino partiular pode ser melhor encaminhado ao enviar o pacote a um roteador particular representando o próximo salto no caminho até o destino final. Quando um roteador recebe um pacote, este verifica o endereço de destino e tenta associá-lo com um próximo salto.
Tabelas de roteamento também podem conter outras informações, como dados sobre o caminho melhor desejado. Roteadores comparam métricas para determinar a melhor rota, e outra métrica diferente dependendo do modelo de algoritmo de roteamento usado.
Roteadores se comunicam uns com os outros e mantém suas tabelas de roteamento através da transmissão de diversas mensagens. Uma mensagem de atualização de rota é uma das que consiste em parte ou toda uma tabela de roteamento. Ao analizar atualizações de roteamento de outros roteadores, um roteador pode construir uma figura detalhada da topologia da rede. Um aviso de estado de link, é um outro exemplo de mensagem enviada entre os roteadores, informa outros recursos de estado dos links ao remetente. Informações de link podem ser usadas para construir uma figura completa da topologia da rede habilitando roteadores a determinar melhores rotas para as redes de destino.

Para que um roteador possa conseguir realizar o seu trabalho de roteamento ele deve conhecer:

• Roteadores vizinhos;
• Rotas para outras redes;
• Endereço de destino;
• Melhor rota para redes remotas;
• Manutenção da tabela de rotas.

Comutação
Algoritmos de comutação são relativamente simples, é o mesmo na maioria dos protocolos. Na maioria dos casos um host determina que deve enviar um pacote a um outro host. Tendo adquirido um endereço de hardware para alguns significados, o host de origem envia um pacote endereçado especificamente a um endereço físico do roteador (MAC), neste momento com o protocolo da camada de rede o endereço de determinado host de destino;
Ao examinar o endereço do pacote no protocolo de destino, o roteador determina que este também sabe ou naõ como repassar o pacote para o próximo salto. Se o roteadores não conhece como repassar o pacote, este é geralmente descartado. Se o roteador conhece como repassar o pacote, entretanto, este modifica o endereço físico de destino para o do próximo salto e transmite o pacote.
O próximo salto pode ser o destino final. Se não, o próximo salto é geralmente um outro roteador, que executa o mesmo processo de decisão de comutação.
Como o pacote se movimenta através de uma inter-rede, o seu endereço físico é modificado, mas o endereço de protocolo permanece constante.
A decisão anterior descreve a comutação entre a origem e destino de um sistema final. A ISO (International Organization for Standardization) foi desenvolvida como uma terminologia hierárquica que frequentemente é como no processo de descrição. Usando esta terminologia, dispostivos de rede sem capacidade para repassar pacotes entre subredes são chamados de (ESs -subnetworks are called and Systems), uma vez que dispositivos de rede com capacidade para isto são chamados (ISs – Intermediate Systems). ISs são em seguida divididos de maneira que podem se comunicar dentro de domínios de roteamento (Intradomain ISs) e aqueles que podem se comuncar com ambos dentro e entre domínios de roteamento (Inerdomain ISs) Um domínio de roteamento geralmente considera uma porção de uma inter-rede sobre autoridade administrativa comum que é regulamentada por um conjunto particular de linha de direcionamento. Domínios de roteamento também são chamados de sistemas autônomos.

Algoritmos de roteamento
Podem se diferenciar de acordo com diversas características.
Inicialmente, o objetivo particular de se modelar um algoritmo afeta na operação do protocolo de roteamento resultante. Vários tipos de algoritmos existem e cada algoritmo tem um impacto diferente na rede e recursos do roteador. Por fim. algoritmos de roteamento usam uma variedade de métricas que afetam no cálculo de melhores rotas.

Objetivos de modelagem
Algoritmos de roteamento frequentemente possuem um ou mais dos seguintes objetivos de modelo:
Otimização;
Simplicidade e baixa sobrecarga;
Robustez e estabilidade;
Rápida convergência;
Flexibilidade.

A otimização se refere à capacidade do algoritmo de roteamento para definir a melhor rota, que depende da métrica e peso da métrica usado para fazer o cálculo. Por exemplo, um algoritmo pos usar o número de saltos e atrass, mas o atraso pode ter maior valor de cálculo que o salto. Evidentemente que cada protocolo de roteamento define o seu algorítmo de cálculo de métrica.
Algoritmos de roteamento também são modelados para serem o mais simples possível. Em outras palavras, o algoritmo de roteamento deve oferecer esta funcionalidade eficientemente, com o mínimo de software e sobrecarga de utilização. Eficiência é importante quando a implementação de software do algoritmo de roteamento deve executar num computador com recursos físicos limitados.
Algoritmos de roteamento devem ser robustos, ou seja, executar corretamente quando expostos a situações incomuns, como falha de hardware, condições de sobrecarga e implementações incorretas. Pois, os roteadores são colocados em pontos de junção de redes, assim podem provocar consideráveis problemas quando eles falham. Os melhores algoritmos de roteamento são aquele que geralmente apresentam estabilidade sobre uma variedade de condições de rede.
A convergência é um processo de aceite, por todos os roteadores, para a melhor rota. Quando um evento de rede provoca a queda de uma rota ou então torna disponível, os roteadores distribuem mensagens de atualização de roteamento que são introduzidas na rede, estimuland o cálculo de melhores rotas e buscando o aceite dos roteadores para estas rotas. Algoritmos de roteamento que convergem lentamente podem causar loops de roteamento ou interrupção de rede.
Os algoritmos devem ser flexíveis ao ponto de rapidamente e com exatidão adaptarem-se a uma variedade de circunstâncias de rede. Assumir, por exemplo, que um segmento de rede caiu e então rapidamente definir o melhor caminho para todas as rotas, adaptar-se a modificações na largura de banda de rede, tamanho da fila de rota, atraso de rede e outras variáveis.

Tipos de algoritmos
Os diversos tipos de algoritmos podem ser diferenciados:
Estático versus dinâmico;
Caminho simples versus múltiplos caminhos;
Plano versos hierárquico;
Inteligência de host versus inteligência de roteador;
Intradomínio versus interdomínio;
Estado de link versus vetor distância.

Estático versus dinâmico
Estático o mapa da tabela de roteamento é criado pelo administrador da rede antes de iniciar o roteamento. Este mapeamento não é modificado a menos que o administrador da rede o altere. Usado em ambientes onde o tráfego de rede é relativamente definido e onde o projeto de rede é relativamente simples.
O roteamento estático não pode reagir a modificações na rede, eles geramente são considerados inadequados para grandes redes que constantemente se modificam. A maioria dos algoritmos atualmente são dinâmicos que se ajustam às circunstâncias de mudanças na rede ao analisar as mensagens de atualização de rota. Se uma mensagem indica uma modificação na rede, o software de roteamento recalcula a rota e envia a nova rota através de mensagens de atualização. Estas mensagens atravessam a rede, estimulando roteadores a re-executarem seus algoritmos e modificar suas tabelas de roteamento em comum acordo.
Algoritmos de roteamento dinâmico podem complementar rotas estáticas onde for apropriado. Uma rota de último recursos ( um roteador para o qual os pacotes não roteados são enviados), por exemplo, podem ser modelados para agir como um repositório para todos os pacotes naõ roteados, assegurando que todas as mensagens serão manipuladas por pelo menos um caminho.

Caminho simples versus múltiplos caminhos
Alguns protocolos de roteamento sofisticados suportam múltiplos caminhos para o mesmo destino. Diferente dos algoritmos de caminho simples, estes algoritmos de caminhos múltiplos permitem multiplexação de tráfego sobre múltiplas linhas. Estes algoritmos podem prover substancialmente melhor fluxo e confiança na transferência de dados, em outras palavras é o compartilhamento ou balanceamento de carga.

Horizontal ou hierárquico
Alguns algoritmos de roteamento operam num espaço horizontal, enquanto outros sob uma hierarquia. Num roteamento horizontal, os roteadores são pontos uns dos outros. No sistema hierárquico, alguns roteadores fazem parte do backbone. Pacotes de roteadores que não são backbone trafegam pelos roteadores de backbone, onde eles são enviados pelo backbone até que eles sigam para a área de destino. Neste ponto, eles viajam pelo último roteador do backbone até chegar em roteadores que não fazem parte do backbone ao seu destino final.
Sistemas de roteamento são geralmente chamados de grupos lógicos de nós, chamados domínios, sistemas autônomos, ou áreas. No sistema hierárquico, alguns roteadores no domínio podem se comunicar com outros de outros domínios, enquanto alguns podem somente com roteadores daquele domínio. Em grandes redes, níveis adicionais de hieraquia podem existir, com roteadores no mais alto nível hierárquico formando o backbone de roteamento.

host-intelligent versus router-intelligent
Alguns algoritmos de roteamento consideram que a origem e o nó determinarão a rota completa. É chamado de roteamento de origem, neste tipo de roteamento os roteadores agem somente como dispositivos store-and-forward (armazenar e repassar), não é verificado, analisado o envio do pacote para a próxima parada.
Outros algoritmos consideram que os hosts conhecem tudo sobre as rotas. Nestes algoritmos os roteadores determinal o caminho através dos cálculos baseados na inter-rede. No primeiro sistema, os hosts possuem inteligência de roteamento. Neste citado os roteadores possuem inteligência de roteamento.

Dentro do domínio versus entre-domínios

Link state versus distance vector
Algoritmos link-state, também conhecidos como algoritmos de primeiro caminho, inunda informações de roteamento para todos os nós na inter-rede. Cada roteador, entretando constrói uma imagem de toda a rede nas tabelas de roteamento. Algoritmos de vetor distância, também chamados de algoritmos Bellman-Ford chamam para cada roteador enviar toda ou alguma parte da tabela de roteamento, mas somente aos vizinhos. Essencialmente, algoritmos de estado de link enviam pequenas atualizações para todos os lugares, enquanto vetor-distância envia grandes atualizações somente aos roteadores vizinhos. Os algoritmos de vetor-distância conhecem somente os seus vizinhos.
Por conta da convergência ser mais rápida, algoritmos link-state são os que menos tendem a ter loops de roteamento se comparados com algoritmos de vetor distância. Algoritmos link-state necessitam mais CPU e memória que algoritmos vetor-distância. Algoritmos link-state, são mais difíceis de suporte e caros de se implementar, geralmente mais escaláveis que protocolos vetor-distância.

Métricas de roteamento
Tabelas de roteamento contém informações usadas pelo sistema de comutação para definir a melhor rota.
Algoritmos de roteamento podem usar diferentes métricas para determinar a melhor rota. Sofisticados algoritmos de roteamento podem se basear na seleção de rota por múltiplas métrica, combinando-as numa simples (híbrida) métrica. Possíveis métricas:
Comprimento do caminho;
Confiança;
Atraso;
Largura de banda;
Carga;

Comprimento do caminho é a métrica mais comum. Alguns protocolos de roteamento dá aos administradores de redes identificação de custos arbitrários para cada link de rede. Neste caso, uma métrica que especifica o número de passagens por qualquer produto inter-rede, como roteadores, que um pacote deve passar por roteadores da fonte ao destino.

Confiança, no contexto de algoritmos de roteamento, refere-se à fidelidade (geralmente expressa em termos de taxa de erros de bits) de cada link de rede. Alguns links de rede podem cair com mais frequência do que outros, enquanto em alguns momentos alguns links são recuperados mais facilmente e rapidamente, enfim fatores que identificam taxas de confiança, que são valores numéricos arbitrários geralmente atribuídos aos links de rede pelos administradores de rede.
Atraso de roteamento se refere ao comprimento de tempo necessário para mover um pacote da origem ao destino através da inter-rede. Atraso depende de muitos fatores, incluindo largura de banda de links intermediários, fila da porta em cada roteador pelo caminho, congestionamento de rede em todos os links intermediários, e distância física a ser percorrida. Porque o atraso é uma conglomeração de muitas variáveis importantes, é uma métrica comun e muito usada.

Largura de banda se refere à capacidade de tráfego de um link. Todas as outras coisas parecem ser iguais, desta maneira um link de 10 Mbps Ethernet é preferivel do que um de 64kbps linha privada. Embora possa parecer que um link com maior largura de banda proporcione um melhor fluxo, estas não são necessariamente as melhores rotas pois os links podem estar congestionados.
Carga se refere a quanto um recurso de rede, como um roteador está ocupado. A carga pode ser calculada por vários caminhhos, incluindo utilização de cpu, pacotes processados por segundo.
Custo da comunicação é uma outra métrica importante, especialmente porque algumas empresas não podem se preocupar com performance diante de operações monetárias por exemplo.

Protocolos de rede
Protocolos roteados são transportados por protocolos de roteamento através da inter-rede. Em geral, protocolos roteados neste contexto também são chamados como protocolos de rede. Estes protocolos de redes executam uma variedade de funções necessárias para comunicação entre aplicações de usuários dos dispositivos de origem aos de destino, e estas funções podem diferenciar uma vasta quantidade de conjunto de protocolos. Protocolos de rede operam nas cinco camadas superiores do modelo OSI de referência: rede, transporte, sessão, apresentação e aplicação.
Protocolos roteados são protocolos que são roteados sobre uma inter-rede. Ex: IP, DECnet, AppleTalk, IPX/SPX, OSI, VINES, XNS.
Protocolos de roteamento protocolos que implementam algoritmos de roteamento. São sistemas intermediários que constroem tabelas usadas na determinação da seleção de caminho dos protocolos roteados. Ex: RIP, RIP v2, OSPF, IGRP, EIGRP, EGP, BGP, IS-IS