Rede de Computadores MATA59 - Redes de ComputadoresI Universidade Federal da Bahia Instituto de...

Rede de Computadores

MATA59 - Redes de ComputadoresI

Universidade Federal da Bahia

Instituto de Matemática

Departamento de Ciência da Computação


CAMADA DE REDE


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Camada de Rede

• Serviços da Camada de Rede oferecidos a camada de transporte:• serviço orientado a conexão• serviço não orientado a conexão• serviço confiável• serviço não confiável

• Normalmente, serviços orientados a conexão possuem confiabilidade


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Camada de Rede

• Serviços da Camada de Rede:

• conexão (orientado ou não)

• roteamento

• controle de congestionamento

• No serviço com conexão estabelece-se circuito virtual

• O circuito virtual determina o roteamento uma única vez para a conexão

• No serviço sem conexão as rotas podem se alterar


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Camada de Rede

• No serviço sem conexão cada pacote é roteado de forma independente dos demais

• No serviço com conexão se estabelece a rota para todos os pacotes da conexão, podendo-se reservar banda para a conexão


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Roteamento


8

Roteamento

• Propriedades:• Correção• Simplicidade• Robustez• Estabilidade• Otimização


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Roteamento• Tabela de Roteamento:

• Armazenam as rotas escolhidas• Manualmente: inicialização do SO do roteador• Dinamicamente: tempo de execução

• Algoritmo de Roteamento: Definem as regras e a lógica seguida para escolha da rota

• Protocolo de Rotemamento: • responsáveis pela divulgação de rotas e atualização

das tabelas de roteamento• Implementam um ou mais algoritmos


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Roteamento Métricas


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Roteamento

• Métricas de roteamento:• Largura de banda• Tipo de carga• Distância entre roteadores• Congestionamento• Número de hops• Atraso• Função de custo


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Roteamento• Tipos: Estáticos e Dinâmicos

• Estático:Normalmente configurado manualmenteA tabela de roteamento é estática

As rotas não se alteram dinamicamente de acordo com as alterações da topologia da rede

Custo manutenção cresce de acordo com a complexidade e tamanho da rede

Sujeito a falhas de configuração


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Roteamento Estático


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Roteamento• Tipos: Estáticos e Dinâmicos

• Dinâmico:Divulgação e alteração das tabelas de roteamento

de forma dinâmicaSem intervenção constante do administrador

Alteração das tabelas dinamicamente de acordo com a alteração da topologia da redeAdaptativo

Melhora o tempo de manutenção das tabelas em grandes redes

Mas também está sujeito a falhas


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Roteamento Dinâmico


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Roteamento Direto• Origem e Destino na mesma rede

• Várias topologias– Lembrar que equipamentos de nível 2 não tratam endereço

de rede

10.35.143.0

10.35.143.10

10.35.143.15

Tabela de Roteamento

Destino Gateway 10.35.143.0 10.35.143.10 ....... .......

Switch


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Roteamento Indireto• Origem e Destino estão em redes diferentes

10.35.143.0

10.35.143.1010.35.144.15


Destino Gateway 10.35.143.0 10.35.143.10 0.0.0.0 10.35.143.1

Router10.35.144.0


Destino Gateway 10.35.143.0 10.35.143.110.35.144.0 10.35.144.1 ....... .......

10.35.143.1 10.35.144.1


Destino Gateway 10.35.144.0 10.35.144.150.0.0.0 10.35.144.1


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Roteamento• Tipos de Protocolos de Roteamento:

• Não Adaptativos – Estáticos• Algoritmo de Dijikstra• Algoritmo de Inundação ( Flooding )

• Adaptativos - Dinâmicos• Algotítmo de Distância Vetorial (Bellman-Ford)• Algoritmo do Estado de Enlace (Short Path First)


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Algorítmo de Inundação

• Roteador envia pacotes para todas as suas interfaces, exceto para aquela em que chegou

• Inunda a rede• O pacote sempre alcança o destino• Tráfego desnecessário


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Roteamento pelo Caminho mais Curto - Algoritmo de Dijikstra

• Modelagem de Grafo:• Arcos são linhas de comunicação (enlaces)• Nós são roteadores• Rotas são caminhos entre nós de um grafo• Cada arco tem um peso indicando o custo do

enlace


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Algoritmo de Dijikstra

• Cada nó é rotulado por sua distância ao nó de origem ao logo do menor caminho até então

• inicialmente todos os nós são rotulados com infinito

• cada interação analisa-se a vizinhança do nó ativo e escolhe-se o novo nó ativo

• Inicialmente os rótulos (labels) são provisórios, quando se descobre que o label representa o menor caminho possível ele se torna permanente


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Algoritmo de Dijikstra

DA

F

B

G

C

E

4

8

2

10

2

12

4

6

87


23

Roteamento Vetor Distância ( Roteamento com Distância Vetorial ) Ex.: RIP


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É um algoritmo simples– Um roteador mantém uma lista de todos as rotas

conhecidas em uma tabela– Cada roteador divulga para os seus vizinhos as

rotas que conhece– Cada roteador selecionas dentre as rotas

conhecidas e as divulgadas os melhores caminhos

Roteamento Vetor Distância ( Roteamento com Distância Vetorial ) Ex.: RIP


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Vetor-Distância - Métrica• A escolha do melhor caminho é baseada na comparação da métrica do enlace

– Normalmente: Melhor = menor caminho

• A métrica é o custo de envio em um enlace• Pode ser diferentes informações

– Taxa de transmissão em bps– Vazão– Atraso– Número de saltos (no. de hops) (+ usado)


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Vetor-Distância – Métrica – Saltos


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Vetor-Distância - Procedimento

1. Quando o roteador executa o “boot” ele armazena na tabela informações sobre cada uma das redes que estão diretamente conectada a ele. Cada entrada na tabela indica uma rede destino, o gateway para a rede e a sua métrica.

2. Periodicamente cada roteador envia uma cópia da sua tabela para qualquer outro roteador que seja diretamente alcançável.

3. Cada roteador que recebe uma cópia da tabela, verifica as rotas divulgadas e suas métricas. O roteador soma à métrica divulgada o custo do enlace entre ele e o roteador que fez a divulgação. Após, compara cada uma das entradas da tabela divulgada com as da sua tabela de roteamento. Rotas novas são adicionadas, rotas existentes são selecionadas pela sua métrica.


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Vetor-Distância - Procedimneto3.1 Se a rota já existe na tabela e a métrica calculada é menor

do que a da rota conhecida, então remove a entrada anterior e adiciona a nova rota divulgada.

3.2 Se a rota já existe na tabela e a métrica calculada é igual a da rota conhecida, então não altera a entrada.

3.3. Se a rota já existe na tabela e a métrica divulgada é maior do que a da rota conhecida, então verifica se o gateway para esta rota é o mesmo que está fazendo nova divulgação

3.3.1 Se o gateway é o mesmo então altera a métrica para esta rota

3.3.2 Se o gateway não é o mesmo não altera a rota conhecida


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Distância Vetorial - Convergência

• Processamento rápido do algoritmo• Convergência lenta

• ex: D demora para perceber queda do enlace

A B DC


30

Distância Vetorial - Convergência Lenta

Router 1 Router 2 Router 4Router 3

<R1,0> <R2,0><R1,1>

<R3,0><R2,1><R1,2>

<R2,1><R1,0>

<R3,1><R2,0><R1,1>

<R4,0><R3,1><R2,2><R1,3>

Continua o processo ....


31

Distância Vetorial - Convergência Lenta

Router 1 Router 2 Router 4Router 3

<R1,0> <R2,0><R1,3>

<R3,0><R2,1><R1,4>

<R3,1><R2,0><R1,5>

<R2,0>

<R3,0><R2,1><R1,6>

A rota somente seráConsiderada infinita quando amétrica atingir 16.

A rota somente seráConsiderada infinita quando amétrica atingir 16.


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Distância Vetorial - Convergência Lenta - Soluções

• Split Horizon– A informação de roteamento não deve ser

divulgada para a máquina que a originou

• Hold-Down– Previne que mensagens de atualização

restabeleçam precipitadamente uma rota que caiu.


33

Roteamento por Estado de Enlace – Ex.: OSPF


34

Roteamento por Estado de Enlace – Ex.: OSPF

Cada roteador tem tarefas divididas em 5 partes:

1. Descobrir seus vizinhos e aprender seus endereços de rede

2. Medir o retardo ou custo até cada uma dos seus vizinhos

3. Criar um pacote que informe tudo que aprendeu ao seus vizinhos

4. Enviar este pacote a todos os outros roteadores

5. Calcular o caminho mais curto até cada um dos outros roteadores


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Estado do Enlace• Baseado no conceito de mapas distribuídos

– todos os roteadores do mapa tem uma cópia

• O conteúdo das mensagens de atualização são as ligações de um roteador a seus vizinhos, a identificação do enlace e o custo.

• As informações divulgadas são acrescentadas ao mapa de quem as recebe

• Caso, haja alterações do mapa devido a divulgação as rotas são recalculadas.


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Estado do Enlace - Mapa• Exemplo

• Cada registro é divulgado pelo roteador “responsável”

A1 2

3 45

6

B C

D E

De Para Enlace Métrica A B 1 1 A D 3 1 B A 1 1 B C 2 1 B E 4 1 C B 2 1 C E 5 1 D A 3 1 D E 6 1 E C 5 1 E B 4 1 E D 6 1


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Estado do Enlace – Inundação (Flooding)

• A e B detectam a falha

• A e B alteram os registros na base de dados pelos quais são responsáveis

• A gera atualização para D e B para C e E

• C, D e E irão desencadear novas atualizações

6

A1 2

3 45

B C

D E

Falha de comunicação


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Estado do Enlace – Inundação (Flooding)• D enviará para E, C enviará para E e E enviará para

C e B

• Loop?– Prevenção do loop é feita pela utilização de um número

de seqüência no pacote de atualização

• AlgoritmoRecebe mensagem

Seleciona registro na basese o registro não está presente

então adiciona e envia uma mensagem em broadcast para os vizinhos, exceto pelo enlace pelo qual foi recebida


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Estado do Enlace – Inundação (Flooding)senão

se o número de seqüência da entrada na base < o número de seqüência da mensagem

então atualiza e gera broadcast

senão

se número da base > o número de seqüência da mensagem

então

gera uma nova divulgação

atualiza o número de seqüência da mensagem

envia a mensagem para interface pela qual foi recebida

senão

se os números de seqüência são iguais não faz nada.


40

Estado de enlace – Atualização - Exemplo

• Mensagem de A– From A, to B, link 1,

distance = infinite, number = 2.

• Mensagem de B– From B to A, link 1,

distance = infinite, number = 2

De Para Enlace Métrica Seq. A B 1 inf 2 A D 3 1 1 B A 1 inf 2 B C 2 1 1 B E 4 1 1 C B 2 1 1 C E 5 1 1 D A 3 1 1 D E 6 1 1 E C 5 1 1 E B 4 1 1 E D 6 1 1

Tabela Final


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Estado do enlace – Atualização – Exemplo - Falha

• Duas versões do mapa

A1 2

3 45

B C

D E


Mapa 1 - AD

A B 1 inf 2B A 1 inf 2D E 1 inf 2

Mapa 1 -BCE

A B 1 inf 2B A 1 inf 2E D 1 inf 2


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Estado do enlace – Atualização - Exemplo

• Mapa BCE sofrerá atualizações que não serão refletidas no AD

A1 2

3 45

B C

D E


Mapa 1 -BCEA B 1 inf 2B A 1 inf 2B C 2 inf 2C B 2 inf 2 E D 1 inf 2


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Estado do enlace – Atualização – Exemplo - Restabelecimento

• Ao restabelecer a comunicação entre AD e BCE é necessário que ocorra um processo de sincronização

• Pelo processo normal leva muito tempo para convergir

• Sincronização - “data base description packets”– 1.ª fase: nodo distribui o seu mapa– 2.ª fase: solicita aos vizinhos os “registros interessantes”– 3.ª fase: flooding


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Estado do Enlace - Problemas - No. de Sequência.

• Quando um roteador cai e volta rapidamente– não terá sido retirado dos mapas dos outros hosts– irá realizar o flooding com seu número de seqüência

incial– esse número será mais antigo (menor) que os mantidos

nos mapas dos vizinhos– então para acelerar a convergência, ele deve aceitar o

número de seqüência que os outros irão lhe enviar, incrementá-lo e imediatamente retransmitir seus registros com o novo número.


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Roteamento Hierarquico

• Regiões de roteamento• Informações de rotas internas a região não se

propagam fora dela• Rotas padrão


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Roteamento por Difusão ( Broadcasting )

• Envio de pacotes a todos os destinos simultaneamente

• Pode usar o algoritmo que envia um pacote específico para cada destino

• Pode usar o algoritmo de Inundação• Pode usar o algoritmo de Roteamento para vários

destinos• Pode usar o algoritmo de Árvore Invertida


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Roteamento por Multidifusão ( Multicasting )

• Envio de pacotes para Grupos• Pode usar o algoritmo que envia um pacote específico

para cada membro do grupo ( poucos participantes )• Pode usar o algoritmo de Inundação ( grupo com

muitos membros, próximo do total )• Pode usar o algoritmo de Roteamento por

Multidifuão ( uma árvore invertida para cada grupo )


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Controle de Congestionamento

• Loop aberto: controle de tráfego de quem envia para a rede, evitando o congestionamento

• Loop fechado: controle de tráfego no roteador, tratando o congestionamento existente

• Caso a rede adote circuito virtual, estabelece-se bandas de uso, assim há uma visão da banda total da rede e evitando-se o congestionamento


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Controle de Congestionamento• Loop Aberto:

• Algoritmo do Balde Furado: Limita a informação que pode ser enfileirada para transmissão de dados. Modela um buffer de transmissão finito e taxa limite de transmissão de mensagens provenientes do balde

• Algoritmo do Balde Furado de Tokens: cria permissões (tokens) de envio de N bits a cada intervalo de tempo. A mensagem tem de utilizar os tokens, limita o tráfego, mas permite rajadas


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Algoritmo de Balde Furado


51

Algoritmo de Balde Furado


52

Algoritmo Balde Furado- Tokens


53

Algoritmo Balde Furado


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Controle de Congestionamento• Loop Fechado:

• Rede com conexão: proíbe o estabelecimento de novos circuitos virtuais e renegocia banda dos existentes

• Rede sem conexão: descarte do pacote gera pacote regulador informando roteadores do congestionamento, estes aplicam alguma técnica de controle com Loop Aberto

• Escoamento de carga: último recurso, descarta todos os pacotes ou os de menor prioridade

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