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Protocolos de roteamento

Zebra exploradoraCisco e Juniper tm implementado protocolos de roteamento para ajudar o roteador a encontrar o melhor caminho para os dados que trafegam. No Linux, podemos usar softwares como o Quagga, com seu daemon Zebra, para ajudar a automatizar esse processo. por Konstantin Agouros

Redes complexas e redundantes, tais como a Internet, reque-rem diferentes polticas de roteamento, daquelas tipicamente encontradas em uma LAN(rede letal). O ideal que os roteadores reconheam todos os caminhos que levam ao alvo, mas configur-los manualmente pode ser confuso e levar a erros.

Quagga: Zebra para administradoresNa Internet, qualquer tentativa de configurar rotas e caminhos manualmente seria simplesmente impossvel. A soluo distribuir os dados alterando dinmica e automaticamente as informaes de rota incluindo redundncias opcionais se vrios caminhos le-varem ao mesmo destino. O mun-do web desenvolveu protocolos de roteamento especiais para isso, normalmente s encontrados em roteadores da Cisco ou Juniper. No entanto, o Quagga [1] fornece aos administradores de TI a opo de participar do maior grupo mundial de roteadores com um compu-tador Linux. O projeto Quagga originou-se com o Zebra Routing Daemon pelo desenvolvedor japons

Kunihiro Ishiguro [2]. O software est incluso em todas as distribuies Linux populares e tambm funciona com derivados do Unix, como Solaris e Free/Net/OpenBSD.

O Quagga no lida com o rote-amento (que ainda est sob o do-mnio do kernel do sistema opera-cional subjacente); no entanto, ele fornece uma srie de protocolos de roteamento Routing Information Protocol (RIP) [3], RIPng [4], Open Shortest Path First (OSPF) [5] [6], Border Gateway Protocol (BGP) [7], e Intermediate System to Intermedia-te System (IS-IS) [8] e modifica a tabela de roteamento do kernel com as rotas que aprende.

Tudo conectadoA Internet composta por muitas subredes, por vezes mltiplas, co-nectadas entre pacotes que preci-sam encontrar o caminho ideal. Uma rede de roteadores gerencia-dos por uma equipe de adminis-tradores de sistema conhecida como um sistema autnomo (AS). Protocolos de roteamento so divididos em protocolos que distribuem os roteadores no inte-rior de um sistema autnomo (que tambm podem ser subdivididos, de modo que muitos roteadores

possam administrar muitas rotas) e protocolos que distribuem as ro-tas entre os sistemas autnomos.

Os protocolos dentro de um AS so conhecidos como Interior Gateway Protocols (IGP), e aqueles que esto fora de um AS so conhecidos como Exterior Gateway Protocols (EGP). RIP, OSPF e IS-IS so IGPs; a nica EGP em uso a BGP. Dentro de uma empresa, um IGP ser tipicamente usado para o roteamento, ao passo que o BGP lida com o roteamento entre os fornecedores e, em alguns casos, entre um fornecedor e uma empresa.

RIP o IGP mais antigo sua primeira verso de 1988. A verso atual a 2, que tambm suporta IPv6 via RIPng. Apesar disso, o RIP considerado ultrapassado e, por-tanto, no usado com frequncia. Em contraste, o OSPF um dos IGPs mais utilizados. Ele apresenta uma hierarquia de reas para dividir a rede, onde uma zona pode conter vrias redes. A hierarquia de estgio nico comea com a rea 0, que a rea de backbone. Cada rea adicio-nal deve ser conectada atravs de um roteador, mesmo que ele no precise existir fisicamente em um ambiente de produo. Configuraes perso-nalizadas atribuem interfaces para reas individuais.

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Os roteadores usam multicast para troca de dados atravs de interfaces LAN (no endereo IP de multicast 224.0.0.5); isso pode, opcionalmente, ser autenticado via MD5. Os roteadores primei-ro enviam mensagens HELLO para descobrir seus vizinhos. Estas mensagens so seguidas por um Link State Announcements (LSAs), que contm informaes sobre a prpria tabela de roteamento dos roteadores, reas e larguras de ban-da da interface. Esta informao ento usada mutuamente para

atualizar as tabelas de roteamen-to. Quando dois caminhos levam a uma rede, mas um roteador conectado a uma rede Gigabit e o outro a uma rede de 100Mb, o caminho atravs do roteador mais rpido ganha. Onde os caminhos so equivalentes, o administrador pode adicionar manualmente um valor de ponderao configu-rao que , ento, refletido nas informaes LSA. Se uma rota falhar, o roteador no caminho alternativo lida com o trfego a partir desse ponto.

Roteamento dinmicoOs administradores no so normal-mente confrontados com o BGP at redundantemente conectarem as prprias redes Internet como um sistema autnomo ou trabalharem para um ISP. A Internet no funcio-naria sem o BGP: os roteadores no backbone da Internet no conhecem rotas padro; eles s conhecem rotas para as redes de todos os outros siste-mas autnomos. Assim, as tabelas de roteamento so proporcionalmente grandes (cerca de 400 mil entradas em abril de 2012).

Em contraste com o OSPF, os administradores devem configurar a conexo entre dois roteadores que

trocam rotas via BGP explicitamen-te em ambas as extremidades. Os detalhes incluem o IP do parceiro, informaes de autenticao e o nmero do prprio AS. Se vrios caminhos levam ao destino, o obje-tivo determinado inicialmente pela ponderao especificada pelo admi-nistrador. Velocidades de conexo, como a utilizada pelo OSPF, no influenciam a seleo do caminho.

O BGP no apenas tenta en-contrar o caminho mais curto, mas tambm tenta implementar polticas de roteamento que reflitam acordos contratuais e, com isso, os custos dos provedores dependentes. Isso exatamente o que faz o servio (daemon) de roteamento Quagga em sistemas Linux.

Arquitetura QuaggaO Quagga inclui vrios daemons [9]: existe um servio para cada protocolo de roteamento (no caso do OSPF, um para cada OSPF e OSPFv6), e o administrador deve configurar esses servios individu-almente. Os vrios daemons de roteamento so gerenciados por um daemon master ainda co-nhecido como Zebra, por razes histricas. Cada daemon tem seu prprio arquivo de configurao e pode ser configurado em uma porta separada. O daemon de controle Zebra controla e coordena tudo.

Configurar os daemons indivi-dualmente na linha de comando algo reminiscente do IOS da Cisco. Quando nos conectamos a um dos servios, primeiro precisa-mos nos autenticar com o coman-do enable. Para fazer alteraes na configurao, em seguida, execute o comando conf term para alternar para o modo de configurao. De-pois de inserir os parmetros (por exemplo, blocos de configurao hierrquica para uma interface ou definio de roteador) com a ajuda de comandos como interface eth0,

Listagem 1: zebra.conf para OSPF

01 ! 02 hostname linuxrouter 03 password 8 7kdoaul4.iSTg 04 enable password 8 ZDF339a.20a3E 05 log file /var/log/ quagga/zebra.log 06 service passwordencryption 07 ! 08 interface eth0 09 multicast 10 ipv6 nd suppressra 11 ! 12 interface eth1 13 ip address 10.55.55.1/24 14 ipv6 nd suppressra

Privilgio Significado

Servio Porta

Comunicao Zebra 2600

Administrao Zebra 2601

RIP 2602

RIPng 2603

OSPF 2604

BGP 2605

OPSF6 2606

OSPF-API 2607

IS-IS 2608

Tabela 1 Portas de servio do Quagga.

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enderevel e configurvel em sua prpria porta; A tabela 1 mostra as atribuies. Se o usurio valoriza a segurana, s dever abordar estes servios na interface local (como localhost), pois a conexo de texto simples fcil de farejar (sniff), in-clusive as senhas de acesso.

Quagga com OSPF: um exemplo simplesAs listagem 1, 2 e 3 representam os arquivos de configurao Quagga, OSPF, e BGP para um sistema Li-nux que compartilham rotas com dispositivos Cisco. A figura 1 mostra a configurao de rede simples. O software Dynamips [10] simula os roteadores virtuais Cisco.

No exemplo da rede, dois cami-nhos saem da rede 1.2.3.0/24 do lado esquerdo para a rede 172.16.1.0/24 direita. Como o Dynamips no pode lidar com dois roteadores no mesmo segmento LAN do compu-tador host, tivemos que configurar dois segmentos LAN diferentes. A configurao de apenas um seg-mento difere apenas em termos de endereos de rede. O Zebra defi-ne o endereo IP para a interface eth1 do roteador Quagga. Caso contrrio, suficiente habilitar o multicast nas interfaces que co-municam ao OSPF; no exemplo, s a eth0. A configurao ipv6 nd

supressra assegura que o daemon no envie avisos de roteamento sem que o administrador habilite explicitamente tal recurso.

A parte relevante da configu-rao encontrada no arquivo ospfd.conf (listagem 2). As instru-es abaixo das interfaces definem a senha que autentica os pacotes multicast. A definio do processo de roteamento OSPF primeiro es-

Listagem 2: ospfd.conf

01 ! 02 hostname ospfd 03 password zebra 04 enable password secret 05 ! 06 interface eth0 07 ip ospf messagedigestkey 1 md5 hallo123 08 interface eth3 09 ip ospf messagedigestkey 1 md5 hallo123 10 ! 11 ! 12 router ospf 13 redistribute connected 14 network 172.16.1.0/24 area 0.0.0.0 15 network 172.17.0.0/16 area 0.0.0.0 16 network 192,168.1.0/24 area 0.0.0.0 17 network 192,168.2.0/24 area 0.0.0.0 18 network 192,168.40.0/24 area 0.0.0.0 19 area 0.0.0.0 authentication messagedigest

Listagem 3: bgpd.conf

01 ! 02 hostname bgpd 03 password zebra 04 enable password zebra 05 log stdout 06 ! 07 router bgp 64513 08 bgp routerid 192.168.1.253 09 redistribute kernel 10 redistribute connected 11 neighbor 192.168.1.200 remoteas 64515 12 neighbor 192.168.1.200 password test123 13 neighbor 192.168.40.253 remoteas 64515 14 neighbor 192.168.40.253 password test123

Figura 1 A rede de exemplo constituda por dois clientes Linux, trs rotea-dores Cisco simulados e o servidor Linux com Quagga.

Figura 2 A conexo quebra e leva um tempo para o roteador Quagga perceber.

o usurio pode digitar exit para sair do modo de configurao.

At que o reboot nos separeO arquivo de configurao, nor-malmente /etc/quagga/zebra.conf, armazena os dados de autenticao, detalha os arquivos de log dos dae-mons, as interfaces que administram o Quagga (incluindo endereos IP, embora isso possa ser tratado na configurao de host), e quaisquer rotas estticas. Note que, se interrom-permos o servio Zebra, quaisquer endereos IP que tenham sido con-figurados apenas sobrevivero at o prximo reboot.

Somente o processo do Zebra se comunica com o kernel e manipula a tabela de roteamento do sistema operacional. No Linux, podemos usar os parmetros de configurao para informar ao daemon que este deve manipular uma tabela de roteamen-to diferente do padro e, portanto, usar apenas as rotas aprendidas pelo Zebra para o encaminhamento de polticas (ip rule), deixando intoca-dos os pacotes que no so regidos pelas polticas do Linux.

Existem daemons separados para OSPF, OSPF6, RIP, RIPng, BGP, e IS-IS; eles so identificveis porque seus nomes so os mesmos que os respectivos nomes de protocolos com um a anexado. Cada um

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pecifica qual das rotas conhecidas do roteador deve ser distribuda via OSPF. A declarao redistribute connected distribui todas as rotas nas interfaces do computador, in-cluindo as que no utilizam OSPF. A declarao redistribute kernel distribui as rotas que o sistema operacional recebeu manualmente e redistribute static distribui rotas a partir do arquivo zebra.conf. O administrador deve atribuir inter-faces para reas OSPF.

suficiente que um roteador conhea suas atribuies. A sinta-xe aqui difere do IOS quando se trata de declarar blocos de rede: A.B.C.D/ em vez da sintaxe Cisco com uma mscara de rede in-vertida isto , 192.168.1.0 0.0.0.255 e 0.0.0.0 para a rea, ao invs de apenas 0. A ltima declarao es-

tipula que apenas informaes au-tenticadas so permitidas na rea 0.

Digitar o comando sh ip route no Zebra mostra as rotas aprendidas e internas; um O no incio indi-ca que o roteador aprendeu a rota via OSPF. Na linha de comando do Linux, proto zebra mostra que a rota encontrou o caminho para o kernel do Zebra. No entanto, no serve para informar qual protocolo de roteamento ensinou o caminho para Zebra. Se um link falhar sem o roteador perceber por exemplo, porque o link Ethernet caiu sero necessrios trs intervalos OSPF Hello para que as redes sejam co-nectadas novamente. As figuras 2 e 3 mostram um ping e o tempo de inatividade resultante.

No entanto, se um roteador pode comunicar ao restante da array que um branch no est funcionando (por exemplo, uma transferncia falhou ou um cabo foi desligado), ento o tempo de inatividade no mensurvel. Como a falha no link, neste caso, informa ao roteador que ocorreu um erro, no possvel usar o ping para medir o tempo de inati-vidade (figura 4).

Podemos reduzir o tempo de inati-vidade aumentando a frequncia de mensagens OSPF, mas importan-

te encontrar o equilbrio certo para cada cenrio.

Roteamento BGP para sistemas autnomosO BGP controla a conexo entre sistemas autnomos que so iden-tificados por seus nmeros. No exemplo, todos os roteadores do lado esquerdo pertencem ao AS 64515, e o roteador Linux pertence ao AS 64513. A listagem 3 mostra a configu-rao no arquivo bgpd.conf. Depois de definir o hostname, o login e as senhas de modo privilegiado, o ro-teador define o BGP e seu prprio nmero AS. O ID do roteador que se segue um dos endereos de interface do roteador. As declara-es redistribute especificam quais rotas o servidor deve distribuir aos parceiros via BGP.

Isto seguido pelas definies dos dois parceiros, pelo menos com o AS na outra extremidade e a senha para autenticar esta conexo. Os roteadores imediatamente tentam abrir as conexes e trocar as rotas. O failover j suportado. No entanto, no caso de uma falha de roteador, a recuperao pode demorar um pou-co mais nesta configurao simples (figura 5 e 6).

Mapas de rotasMapas de rotas so usados para controlar qual protocolo um ser-vio usa para distribuir quais in-formaes de roteamento. Alm disso, os administradores podem manipular valores, tais como as rotas preferenciais. Isso significa

Listagem 4: ospfd_routemap.conf

01 ! 02 router ospf 03 redistribute connected 04 redistribute bgp routemap bgptoospf 05 [...] 06 07 ip prefixlist intoospf seq 5 permit 172.17.1.0/24 le 32 08 ip prefixlist intoospf seq 10 deny 0.0.0.0/0 le 32 09 ! 10 routemap bgptoospf deny 5 11 match ip address intoospf 12 ! 13 routemap bgptoospf permit 10

Figura 3 Depois de 36 pacotes, o percurso perdido j foi alterado.

Figura 4 O tempo de inatividade no mensurvel se o roteador Quagga perceber a falha no link e puder reagir imediatamente.

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que podemos usar mapas de rotas para implementar especificaes, tais como exportar todas as rotas aprendidas via OSPF para BGP, exceto para aquelas que apontam para redes abaixo de 172.16.0.0/16 ou exportar todas as rotas aprendi-das via BGP para OSPF, mas com menor preferncia.

Assim, em caso de sobreposio, as rotas aprendidas localmente via OSPF na LAN tero prioridade. O roteador no usaria a rota externa mais lenta ou mais cara, a menos que nenhuma outra rota fosse pos-svel. Os modelos so extensveis: em ambientes complexos, mapas de rotas com muitas regras podem rapidamente levar a construes que so to extensas que os ad-ministradores cautelosos no iro toc-las, a menos que seja absolu-tamente necessrio.

Os administradores precisam acessar os mapas de rotas nos arquivos de configurao para o processo de roteamento que de-sejam influenciar. Se o usurio estiver importando do BGP para o OSPF, este arquivo seria ospfd.conf. Por exemplo, se desejar evitar que todas as rotas abaixo de 172.17.1.0/24 sejam exportadas de BGP para OSPF, as linhas na listagem 4 faro o truque. Dentro da configurao OSPF, a declara-o que redistribui as rotas BGP em routemap bgptoospf cria a

referncia para o mapa de rota bgptoospf.

Nem sempre lgicoComo este exemplo filtra as rotas de acordo com um prefixo IP, primeiro precisamos definir o prefixo. Para isso, o usurio deve esquecer tudo o que sabe sobre lgica. til imaginar cada instncia de autorizao como sen-do true, e cada instncia deny como false. Listas de prefixo IP tambm possuem um nome e uma sequncia; o sistema os processa de cima para baixo, assim como regula o firewall Netfilter, por exemplo. As linhas 7 e 8 na listagem 4 declaram que o pre-fixo IP 172.17.1.0/24 pertence lista, mas todos os endereos de 0.0.0.0 at 255.255.255.255 no. A notao le 32 indica o nmero mximo de bits para a rea, comeando com um valor de partida (neste caso, 0.0.0.0).

A definio do mapa de rota acompanha essa ideia. A linha 10 impede qualquer rota no espe-cificada de ser distribuda (deny). A linha 11 especifica a condio sob a qual a entrada aplicada e refere-se lista de prefixo IP. Expressa como um modelo, se o endereo IP corresponder lista de prefixo chamada intoOSPF, ento esta regra se aplica. Neste mapa de rota, a ltima linha da configurao habilita todas as ro-tas, porque no est vinculada a uma condio.

Este exemplo simples mostra como as coisas podem ser confusas com mui-tas listas de prefixo e lgica dual. Para encontrar o caminho em torno de um cenrio complexo, preciso ser um bom explorador. A configurao para o IPv6 no muito diferente do IPv4. Aonde a configurao contm ip, o Quagga simplesmente a substitui com ipv6. Mais uma vez, a configurao diferente da Cisco, que utiliza o ip6. A configurao para OSPFv6 usa um arquivo prprio e utiliza um daemon separado. No BGP, o daemon o mesmo do IPv4. possvel at mesmo distribuir rotas IPv4 para um peer IPv6, e vice-versa. No primeiro caso, basta definir um endereo IPv6 como vizinho.

O peer IPv6 habilitado com os comandos:addressfamily ipv6 neighbor w.x.y.z activate

Agora o peer recebe todas as rotas (IPv4 e IPv6). Se o usurio s deseja distribuir rotas IPv6, precisar cons-truir o prprio mapa de rotas para faz-lo. O primeiro termo no mapa uma licena que permite que to-dos os endereos IPv6, e o segundo termo, sejam um deny para todos os endereos IPv4:

ipv6 accesslist allv6 permit any accesslist nov4 deny any

A lgica aparentemente no ativa o vizinho x.x.x.x na configurao de teste IPv4, o que faz com que Quagga no distribua quaisquer rotas em todos os parceiros na configurao de teste.

ConclusoUm computador com Linux, pro-vavelmente, no poder substituir um roteador de alta tecnologia com

Figura 5 No exemplo BGP simples BGP da listagem 3...

Figura 6 ...no leva menos do que 145 segundos para um failover ocorrer.

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vrias interfaces de 10Gb. Por outro lado, os preos para roteadores com memria suficiente para processar centenas de milhares de rotas para um BGP pleno so to astronomi-camente altos que o hardware do PC pelo menos fornece uma al-ternativa mais barata. Se o usurio estiver familiarizado com a sintaxe da Cisco Systems, ir encontrar ra-pidamente o caminho de volta no Quagga. No entanto, incomum ter que iniciar uma nova sesso para cada protocolo de roteamento, e o comportamento do Quagga su-tilmente diferente do IOS, embora isso tambm possa ser verdade em diferentes verses do IOS.

De um modo geral, podemos ir mui-to longe com o Quagga, que suporta redundncia e permite que o usurio gerencie um nmero maior de roteado-res Linux de forma clara, graas ao uso de protocolos de roteamento dinmi-co. Dadas as caractersticas de escopo oferecidas pelo Quagga para ajudar a

transportar pacotes IP de A para B, os exemplos mostrados neste artigo ape-nas atingem a superfcie. Observadores experientes podem se beneficiar de opes avanadas, como a capacidade de conectar o Quagga a um sistema de monitoramento via SNMP ou analisar os detalhes do protocolo Zebra [11]. n

Gostou do artigo?Queremos ouvir sua opinio. Fale conosco em cartas@linuxmagazine.com.brEste artigo no nosso site: http://lnm.com.br/article/8664

Mais informaes[1] Projeto Quagga: http://www.nongnu.org/quagga/

[2] Daemon de roteamento Zebra: http://skaya.enix.org/vpn/zebra.html

[3] RIP verso 2: http://tools.ietf.org/html/rfc2453/

[4] RIPng: [http://tools.ietf.org/html/rfc2080/

[5] OSPF para IPv4: [http://tools.ietf.org/html/rfc2328/

[6] OSPF para IPv6: http://tools.ietf.org/html/rfc5340/

[7] BGP: http://tools.ietf.org/html/rfc4271/

[8] IS-IS: http://tools.ietf.org/html/rfc1142/

[9] Quagga daemons: http://openmaniak.com/quagga_tutorial.php#daemons

[10] Dynamips: http://www.gns3.net/dynamips/

[11] Manual do Quagga: http://www.nongnu.org/quagga/docs/docsinfo.html

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