1 22/04/2002 PUC – Tecnologia e Mídias Digitais André Orrico e Maurício Giannini PUC...

22/04/2002

PUC – Tecnologia e Mídias Digitais

André Orrico e Maurício Giannini 1

PUC Pontifícia Univerisidade

CatólicaTecnologia e Mídias

Digitais2002

André Orrico

Maurício Giannini

Disciplina: Redes de Computadores e Internet

Professor: Victor Emmanuel J. S. Vicente

Tecnologias de Wan e Roteamento

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Tipos de Rede

• LAN - Rede Local (uma empresa, um único campus).

• MAN - Rede Metropolitana (Uma cidade inteira).

• WAN - Rede de Longo Alcance (várias cidades, países e continentes).

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Conceitos

• Escalabilidade: Poder de crescimento X desempenho.

• LAN é Restrita, WAN não.

• WAN pode aumentar infinitamente sem perder desempenho na comutação de dados.

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Switch

• O que é: Equipamento eletrônico – Pequeno computador quem tem um processador e memória. Conectores E/S.

• Possibilita o crescimento da Rede. Podem ser inseridos conforme a necessidade.

• Função: arquivar, enviar e receber pacotes completos.

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Switch

16 portas(10mbits) de par trançado e 2 de fibra óptica (100mbits)

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Switch - Funcionamento

Conexões: 2 tipos de conectores E/S

1 Ligar a outro Switch - 2 Ligar computadores individuais.

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Formando uma Wan

• Uma Wan é formada a partir de um conjunto de switches interconectados.• Em geral, a velocidade entre os switches é mais alta do que entre os computadores.

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Armazenamento e Encaminhamento(store and forward)

• Wan permite que muitos computadores enviem informações simultaneamente.

• O pacote que chega ao Switch é armazenado em sua memória.

• O Processador do Switch é informado e analisa o destino do pacote.

• Se a porta correspondente estiver ociosa o pacote é enviado.

• Caso contrário o pacote entra em uma fila e será enviado mais tarde.

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Endereçamento Físico - WAN

• Para cada computador conectado a uma WAN é atribuído um endereço físico.

• Sempre que um computador vai enviar um pacote para outro, ele deve informar qual o endereço de destino.

• Muitas WANs usam um esquema de hierarquia de endereçamentos que as torna mais eficientes.

• O esquema hierárquico divide um endereço em várias partes.

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Endereçamento Físico – WAN(exemplo)

• Endereçamento hierárquico: divide um endereço em 2 partes.

• 1 – Identifica o Switch• 2 – Identifica o computador conectado ao Switch

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Encaminhamento Next-Hop

• O pacote pode ser endereçado a uma rede externa ao Switch correspondente.

• Neste caso o Switch utiliza as informações gravadas no pacote para enviá-lo a seu destino.

• O Switch não mantém informações completas sobre como chegar ao destino, mas sim informações sobre o próximo lugar.(next-hop) que ele deve enviar o pacote.

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Encaminhamento Next-Hop(exemplo)

• Demonstração de como o Switch(2) encaminha pacotes.

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Encaminhamento Next-Hop

• Independência da Origem: O encaminhamento não usa informações da origem do pacote. Somente as informações de destino precisam ser extraídas.

• Como os pacotes seguem o mesmo caminho, somente uma tabela é necessária.

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Endereços Hierárquicos X Roteamento

• Todos os endereços de destino que tem a primeira parte idêntica serão encaminhados para o mesmo switch.

• A tabela usada para armazenar as informações do próximo hop é chamada de Tabela de Roteamento.

• Sendo assim, quando um switch está encaminhando um pacote ele só precisa verificar a primeira parte do endereço hierárquico.

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Roteamento em uma WAN

• Switches Interiores: Utilizados para aumentar a eficiência da rede. Não tem computadores ligados diretamente.

• Switches Exteriores: que tém computadores ligados diretamente

• Para ambos os switches a tabela de roteamento deve garantir:

• Roteamento Universal: Rota do próximo hop para cada destino possível.

• Rotas Ótimas: o valor do próximo hop deve apontar para o caminho mais curto até o destino.

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Representação Grafo

• Cada nó no grafo corresponde a um switch de pacotes.

• Cada extremidade representa uma conexão entre switches.

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Representação Grafo

• A grande vantagem da representação grafo é a de

não mostrar os computadores conectados aos switches. Ela

representa a essência da rede.

• Tabela de roteamento para cada nó no gráfo.

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Rotas Default

• Mesmo com endereçamento hierárquico ainda ocorrem muitas repetições demonstradas para o hop seguinte.

• O mecanismo de Rota Default permite que uma única entrada em uma tabela de roteamento substitua valores repetidos.

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Cálculo da Tabela de Roteamento

• Em Redes WAN é necessário um software de cálculo para gerar a tabela.

• Existem 2 abordagens para gerar a tabela:

• 1- Roteamento Estático: Software calcula e instala as rotas quando o switch inicializa. Neste caso as rotas não mudam.

• 2 – Roteamento Dinâmico: Software constrói uma tabela inicial quando o switch inicializa. O software é capaz de alterar a tabela de acordo com as mudanças da rede.

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Cálculo da Tabela de Roteamento

• Vantagens: O Roteamento Estático é simples e tem pouca sobrecarga na rede. Já o Dinâmico é utilizado na maioria das redes porque permite que a rede trate de problemas automaticamente.

• O Roteamento Dinâmico: Softwares monitoram o trafego na rede e o status do hardware de rede. Assim, podem modificar as rotas para reparar falhas.

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Cálculo de Caminho Mais Curto em um Grafo.

• O software que calcula o caminho mais curto em um grafo utiliza o método do algoritmo de Dijkstra. O programa descobre a distância ao longo do caminho mais curto que vai de um único nó de origem até cada um dos nós.

• O algoritmo de Djkstra atribui um número chamado de peso para cada distância entre nós. Um caminho com menor número de arestas pode não ser o caminho mais curto.

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Cálculo de Caminho Mais Curto em um Grafo.

• Um grafo com pesos atribuídos às arestas exibindo o caminho mais curto entre os nós 4 e 5.

• A distância ao longo do caminho é 19, que é a somo dos pesos das arestas.

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Cálculo da Rota Distribuída.

• As redes que usam cálculo de rota distribuída fazem com que cada switch de pacote envie informações de roteamento para seus vizinho periodicamente.

• Depois de um período inicial de partida, cada switch de pacotes aprende o caminho mais curto para todos os destinos.

• Depois de uma falha, um switch de pacotes pára de receber atualizações do hardware que falhou. O switch continua recebendo atualizações dos vizinhos que estão funcionando e, se existe um caminho alternativo, o switch pode modificar sua rota para evitar o hardware que falhou.

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Roteamento de Vetor Distância

• A cada link na rede é atribuído um peso, e a distância para um destino qualquer é definida com a soma dos pesos ao longo do percurso até o destino.

• Cada mensagem contém pares (destino, distância).

• Quando uma mensagem chega em um switch de pacotes vindo do vizinho Z, o Switch de pacotes examina cada item na mensagem e muda sua tabela de roteamento, caso o vizinho tenha para algum destino um caminho menor do que o caminho por ele adotado.

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SPF – Roteamento por Estado de Link(Shortest Path First)

• Um outro meio de rota distribuída seria o SPF que faz todo o envio de pacotes através dos switches mas as mensagens não possuem informações das tabelas de roteamento.

• O SPF tem a vantagem de que todas as computações podem ser executadas simultaneamente depois da mudança de um status de link. Todos os switches de pacote recebem uma mensagem de status e cada switch começa a computar sua tabela de roteamento.

• O nome é um pouco enganoso porque todos os algoritmos de roteamento encontram caminhos mais curtos.

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SPF – Roteamento por Estado de Link

• Cada mensagem transporta o status de um link entre 2 switches de pacote. Isso ocorre com um tipo de “broadcast”.

• Cada switch usa o algoritmo de Dijkstra para produzir uma tabela de roteamento com si próprio como origem.

• O algoritmo por de distâncias exige que um switch de pacotes atualize sua tabela de roteamento antes de enviar uma mensagem para outro switch de pacote.

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Exemplos de Tecnologia WAN

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Arpanet

• Nos anos 60, a Advanced Research Projects Agency (ARPA) financiou pesquisa em rede para o Departamento de Defesa dos EUA.

• Um dos maiores projetos de pesquisas da ARPA desenvolveu uma Rede de Longo Alcance para determinar se poderia ser usada tecnologia de comutação de pacotes em condições encontradas em campos de batalhas

• A Arpanet funcionava com velocidade aproximada de 56kbps. Mesmo assim, muitos de seus conceitos básicos ainda são usados hoje.

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X.25

• Nos anos 70 existiam muitas redes de comunicação de dados, conhecidas como Redes Públicas. Estas pertenciam a companhias privadas, organizações e agências de governos.

• Eram interiormente bastante diferentes, e a interconexão de redes estava crescendo muito rápido.

• Havia uma necessidade de um protocolo de interface de rede comum.

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X.25

• Em 1976 o X.25 foi recomendado como o protocolo pelo Comitê Consultivo Internacional para Telegrafia e Telefonia (CCITT) chamado a União de Telecomunicação Internacional (ITU) desde 1993.

• X.25 é uma rede de protocolos contendo pacotes comutados de dados que definem não só uma recomendação internacional para a comutação de dados mas também o controle e informação entre um dispositivo de usuário (o host).

• Consiste de um Equipamento Terminal de Dados (DTE) e um nó de rede, de Equipamento de Comunicação de Dados(DCE).

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X.25

Exemplo de uma WAN X.25

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X.25

• As redes X.25 são mais populares na Europa do que nos Estados Unidos.

• Cada rede X.25 consiste em 2 ou mais switches de pacotes interconectados por linhas alugadas.

• O X.25 foi inventado antes dos PC’s se tornarem populares, foi muito usado para conectar terminais ASCII a computadores remotos.

• O X.25 envolve uma tecnologia cara considerando seu desempenho.

• Tem limitações na velocidade em que ela pode entregar dados.

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Frame Relay

• O Frame Relay envia as informações em pacotes, (também conhecidos como frames), através da rede. Cada frame contém todas as informações necessárias para encaminhá-lo para o destino certo.

• Desse modo, cada ponto pode se comunicar com muitos destinos diferentes usando uma única linha de acesso à rede.

• E, ao invés de se atribuir uma largura de banda fixa, o serviço Frame Relay oferece CIR (Committed Information Rate), que é uma garantia de que os dados terão uma determinada largura de banda garantida se a transmissão exigir.

• Dependendo dos parâmetros, os dados podem até exceder essa largura de banda garantida.

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Frame Relay

• As redes e os equipamentos de computação dos dias de hoje têm um potencial para trabalhar a velocidades muito mais altas e transferir dados em grande quantidade.

• Com a diversidade e a complexidade dessas redes, o gerenciamento pode se tornar uma tarefa gigante se você não tiver as ferramentas adequadas. Os diversos ambientes têm sua configuração particular de equipamentos de diferentes fabricantes.

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Frame Relay

• O Frame Relay, um método de comunicação de rede relativamente novo, tem ganhado popularidade. Assim como o X.25, o FR usa uma tecnologia de comutação de pacotes, porém, de modo mais eficiente. Como resultado, sua rede poderá ficar mais rápida, simples e mais barata de manter.

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Frame Relay

• Foi desenvolvido para resolver problemas de comunicação que outros protocolos não conseguiam:

• A necessidade cada vez maior por velocidades mais altas.

• Eficiência em altas larguras de banda, particularmente para surtos de tráfego.

• Aumento da inteligência dos dispositivos de rede para a redução do processamento dos protocolos

• A necessidade de contar LANs e WANs.

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Frame Relay

• Assim como no X.25, o Frame Relay é um protocolo de comutação de pacotes.

• FR é uma versão mais enxuta.

• Há diferenças significativas que o torna uma rede mais rápida e mais eficiente.

• Uma rede Frame Relay não realiza detecção de erros, o que resulta em um processamento significativamente menor que o X.25

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Frame Relay

• O Frame Relay também é independente de protocolo (ele aceita dados de diferentes protocolos). Os dados são encapsulados pelo equipamento Frame Relay, não pela rede.

• Os dispositivos inteligentes conectados em uma rede Frame Relay são responsáveis pela correção de erros e pelo formato do frame. O tempo de processamento é minimizado para que a transmissão dos dados seja rápida e eficiente.

• Além disso, o Frame Relay é totalmente digital, o que reduz a chance de erros e oferece taxas de transmissão excelentes. O Frame Relay opera tipicamente de 64 até 2048 Mbps.

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SMDS

• Foi criado para transportar somente dados.

• SMDS é otimizado para operar em altas velocidades.

• Seu cabeçalho é reduzido e pode conter até 9.188 octetos de dados.

• É bem diferente do Frame Relay cada um com as suas vantagens.

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SMDS

Exemplo de uma WAN SMDS

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ATM (Modo de Transferência Assíncrono)

• Tentativa de se projetar uma tecnologia única que pode ser usada para para fornecer voz, vídeo e serviços de dados.

• A grande dificuldade dos projetistas está em criar uma plataforma comum para os diferentes serviços.

• O vídeo exige uma taxa de dados muito mais alta do que o áudio, por exemplo.

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• O modo de transferência assíncrono (ATM) tenta eliminar limitações encontradas no STM tais como a complexidade de gerência de mapeamento e alocação dos canais H.

• Procura se beneficiar do ganho estatístico de serviços cujos tráfegos possuam taxa variável, não perdendo de vista, com isto, a necessidade de se manter um desempenho razoável para aqueles serviços que possuam taxa contínua.

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• No modo de transferência assíncrono, um canal é identificado pela posição fixa de seus slots dentro dos frames. No ATM, a banda passante é dividida em segmentos fixos de informação denominados células.

• Cada célula possui um cabeçalho de informação a fim de que o receptor possa identificar a qual canal esta célula pertence, e tomar as medidas necessárias.

• Um canal não é mais identificado de maneira estática, por uma posição no tempo, mas sim de maneira dinâmica através das informações contidas nos cabeçalhos.

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• Com isto, não é necessário definir um mapeamento, como era necessário no STM, entre as posições no tempo e os canais envolvidos na transmissão.

• Esta informação de mapeamento está contida no cabeçalho. Os pontos comutadores da rede podem também lidar de maneira homogênea com o chaveamento de todos os serviços

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• O fato de alocar dinamicamente uma determinada quantidade de banda passante é de grande valia para a transmissão de informações.

• O tráfego pode ser caracterizado por rajadas pois não é necessário desperdiçar banda nos longos períodos de latência da fonte geradora.

• Obviamente para tráfegos com taxa contínua, alguma compensação da variação estatística deve ser feita de maneira a se poder oferecer serviços isócronos.

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• As células são transmitidas através de conexões com circuitos virtuais. Uma celula ATM consiste de:

• Cabeçalho - (48 bytes) - que contém um campo destinado a identificar o circuito virtual, a saber, o VCI (Virtual Chanel Identifier)

• Dados - (5 bytes)

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• Quanto maior o tamanho da célula maior o tempo de empacotamento, desta maneira, maior atraso de transferência. Isso afeta, principalmente, serviços sensíveis ao tempo de atraso, como vídeo e áudio.

• Para tais serviços, o alongamento do tempo de atraso provoca uma queda substancial da qualidade.

• Ecos, por exemplo, para a transmissão de voz.

• Um argumento que poderia ser sugerido contra a utilização de células com tamanho tão reduzido seria o desperdício de banda com o overhead do cabeçalho.

• Deve-se lembrar que cerca de 10% da banda é desperdiçada

com as informações contidas no cabeçalho

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Perguntas

• Qual a importância dos grafos?• Qual a diferença entre LAM,MAN,WAN?• O que é armazenamento e encaminhamento

(store and forward)?• Para que serve o encaminhamento Next-HOP?• Qual a diferença entre o Roteamento Estático

e o Dinâmico?

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