Roteamento em Backbones IP A.S., RIP, OSPF, IS-IS e BGP Edgard Jamhour.

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Roteamento em Backbones IP

A.S., RIP, OSPF, IS-IS e BGP

Edgard Jamhour

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Estrutura da Internet

INTERNETColeção de Roteadores

- Como as informações são

roteadas na Internet?

- Quem configura os roteadores da

Internet?

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Estrutura da Internet

• A internet é estruturada na forma de sistemas autônomos:

A B

CD

EF G

IJ

H

SISTEMA AUTÔNOMO 1 SISTEMA AUTÔNOMO 2X

Y Z

SISTEMA AUTÔNOMO 3

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Sistema Autônomo (Autonomous System - AS)

• Um AS é uma rede que divulga seus endereços para outras redes da Internet.

• Propriedades do AS– Possui os seus próprios IP’s.

– Seus endereços independem do provedor de acesso.

– Pode conectar-se a vários provedores simultaneamente.

F G

IJ

H

Conexão com outro AS

Conexão com outro AS

Redes pertencentes

ao AS

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Exemplo de AS

• Bloco de Endereços do AS:– 200.17.0.0/16 (255.255.0.0)– 200.17.0.0 ao 200.17.255.255

F G

IJ

H

Conexão com outro AS

Conexão com outro AS

200.17.1.0/24

200.17.2.0/24

200.17.3.0/24

G: 200.17.1.1H: 200.17.2.1J: 200.17.3.1

AS: 200.17.0.0/16

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Tipos de AS

• Sistemas autônomos podem ser:– Redes Privadas:

• Transportam apenas o seu próprio tráfego.– Provedores:

• Transportam o tráfego de outras redes.

privado público público privado

público

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Quem usa os endereços do Provedor não é um AS

A B

CD

EF G

IJ

H

SISTEMA AUTÔNOMO 1SISTEMA AUTÔNOMO 2

X

Y ZSISTEMA AUTÔNOMO 3

Gateway Default da Rede Corporativa

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Roteadores na Internet

• Os roteadores da Internet são de dois tipos:• Exterior Gateways

– Troca informações com roteadores pertencentes a outros AS.– Equipamento muito caro, com alta capacidade de memória.

• Interior Gateways– Troca informações apenas no interior do seu AS.– Roteador comum.

F G

I J

H

Gateway Interno

Gateway Externo

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Sistema Autônomo

• As rotas na Internet são atualizadas automaticamente.

• A estratégia de roteamento no interior do sistema autônomo rede é escolhida pelo administrador do sistema. – IGP: Internal Gateway Protocol

• A estratégia de roteamento entre sistemas autônomos é definida por um protocolo de roteamente padrão:– BGP: Border Gateway Protocol

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EGP e IGP

A B

CD

EF G

IJ

H

EGPIGP

SISTEMA AUTÔNOMO 1 SISTEMA

AUTÔNOMO 2

IGP IGP IGP

IGPIGP

IGP

IGP

IGP

IGPIGP

IGPIGP

IGP

Conhece todas as rotas da

Internet

Conhece apenas as rotas no

interior do AS

IE

216.1.2.0/24

220.2.1.0/24AS: 220.2.0.0/16

AS: 216.1.2.0/16

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IGP e EGP

• IGP: Interior Gateway Protocols• Informações de Roteamento no Interior do AS

– RIP: Routing Information Protocol – OSPF: Open Shortest Path First – IS-IS: Intermediate System to Intermediate System

• EGP: Exterior Gateway Protocols• Informações de Roteamento entre ASs

– BGP: Border Gateway Protocol

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Conceitos Básicos de Roteamento

• RIB (Router Information Base)– conjunto de rotas configuradas no roteador

• origem estática• protocolos de roteamento• icmp (redirecionamento)

– pode conter mais de uma rota para o mesmo destino

• FIB (Forwarding Information Base)– conjunto de rotas ativas (não ambiguas)

• pode conter o endereço MAC do próximo salto– contém apenas as melhores rotas

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Algoritmos de Roteamento

• Algoritmo de Roteamento Global– tem conhecimento de toda estrutura da rede

• algoritmo de estado de enlace: LS (link-state)

• Algoritmo de Roteamento Decentralizado– nenhum nó tem informação completa da rede

• algoritmo de vetor de distâncias: DV (distance vector)

2

2

2

53

3

1

1

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Vetores de Distância

• A) Os roteadores divulgam as redes a que estão diretamente conectados por seus enlaces

• B) Apenas as melhores ofertas são aceitas para cada rede.• C) A rotas são propagadas com custo acrescido

A

B

C Drede A

1

2

12

1

2

13

acesso a rede A com custo 1

acesso a rede A com custo 2

acesso a rede A com custo 1

acesso a rede A com custo 2

X

rede A por B.1-A.1

rede A por C.1-A.2

rede A por D.1-C.3

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Atualizações de Rota

• Por re-anuncio e temporização– As rotas tem um tempo de vida (TTL)– Os roteadores re-anunciam periodicamente suas rotas– Rotas cujo re-anuncio não é recebido dentro do prazo de vida

são desativadas.– Rotas de maior custo previamente ignoradas passam a ser

aceitas.– O tempo de atualização das rotas é aproximadamente: nsaltos *

TTL

• Por atualizações (triggered updates)– Quando um roteador detecta uma alteração em sua tabela ele re-

anuncia todas as suas rotas.– Essa técnica reduz o tempo de atualização mas gera grande

carga de mensagens de atualização na rede.

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Estado de Enlace

• Roteadores trocam informações sobre a topologia da rede (roteadores, enlaces e redes).– Cada roteador mantém um banco de dados completo com a

descrição de toda topologia da rede (link state database) – Os roteadores só repassam informações para roteadores

parceiros (protocolo Hello - também usado como keep alive)– Os roteadores parceiros sincronizam sua base de estado de

enlace através de mensagens LSA (Link State Advertisement)

A BLink State Database

Link State Database

hello

hello

lsa

lsa

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Atualizações de Estado (Inundação)

• Quando um roteador recebe um LSA que não existe em sua base, ele propaga a informação para todas as suas interfaces (menos a interface por onde a LSA foi recebida)– O mesmo ocorre quando o roteador detecta que um enlace deixou de

funcionar (através das camadas física ou enlace ou do protocolo Hello).

AX

B

C

D

E

novo LSA

novo LSA novo LSA

novo LSA

novo LSA

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TTL e Número de Seqüência das LSA

• Um limite de idade (TTL) é atribuído às informações anunciadas pelo LSA.– As LSAs precisam ser renovadas periodicamente. As LSAs são

removidas quando o TTL é esgotado.– Cada LSAs tem um TTL controlado por temporizadores individuais.– As LSAs possuem também um número de seqüência que permite

distinguir anúncios novos de antigos.

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0

1

2

3 4 5

6

7

8

9

101112

13

contador em pirulito

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Divisão em Áreas

• Num protocolo LS os requisitos de memória crescem linearmente com o número de enlaces (n) e o processamento cresce entre n* log(n) e n2.

• Para prover escalabilidade em redes de grade porte, é utilizado a estratégia de divisão por áreas.

ABRABR

ABR: Roteador de Borda de Àrea

resumo

estado completo da própria

área

área A área C

área B

resumo das outras

áreas

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Vetores de Caminho e políticas

• O roteamento por vetor de caminho (path vector) utiliza com estratégia anunciar caminhos completos nos anúncios de rota.– Essa estratégia permite anunciar rotas de acordo com políticas pré-estabelecidas.– Utilizado nos anúncios de rota entre os S.A.s

200.17.1.0/24

B

CD

E

F G

IJ

EGP

SA1

Y

XW

Z

EGP

200.17.1.0/24 via SA3

SA2

SA3 200.17.1.0/24 via SA3, SA2

200.17.1.0/24 via SA3, SA2, SA1

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Conjunto de Caminhos

• Em alguns casos, os anúncios de caminho podem ser agrupados em conjuntos.

200.17.0.0/25

B

CD

E

F G

IJ

EGP

SA1

Y

XW

Z

SA2

SA3

200.17.0.0/24 seqüência {SA1},conjunto {SA2, SA3}

200.17.128.0/25

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RIP: Routing Information Protocol

• Originário do conjunto XNS da Xerox• Duas Versões

– Versão 1: RFC 1058• mensagens em broadcast• não suporta CIDR (Classless InterDomain Routing)

– Versão 2: RFC 1723• mensagens em multicast• suporta CIDR

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RIP

• Baseado em vetor de distâncias• Transportado em mensagens UDP (Porta 520)

– Cada mensagem pode informar até 25 rotas– Dois tipos de mensagem:

• Requisição (tipo 1): solicita informações de roteamento• Resposta (tipo 2): envia informações de roteamento

• Indicado para redes de pequeno a médio porte.– É muito simples de usar, mas torna-se ineficiente para redes

muito grandes.– Custo baseado em saltos (hop count)– Valor máximo 15 (acima deste valor, a rede é considerada

inalcançável)

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Elementos de uma rede RIP

• Ativos: envia e escuta mensagens RIP• Passivos: apenas escuta mensagens RIP

Rede 200.192.0.0/24

Rede 200.134.51.0/24

ATIVOUsualmente roteador

PASSIVOUsualmente host

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Exemplo de Operação RIP

G1

G2 G3

G4 G6G5

REDE 1

REDE 2

REDE 4REDE 3

REDE 6 REDE 5

(G6,R5,1)

G,R,D

G: GatewayR: RedeD: Distância

2

1

(G5,R5,1)

(G3,R5,2)

(G1,R5,3)(G1,R5,3)

(G2,R5,4)

(G4,R5,5)

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Tabela de Roteamento

• Roteador G3

Next Hop

G10

G20

G5G2

Destino

REDE 1REDE 2REDE 3REDE 4REDE 5REDE 6

Metrica

212123

Direto/Remoto

RDRDRR

Local/RIP

RLRLRR

Interface

222112

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Timers para Rotas

• As mensagens de rotas (responses in RIP) são enviadas a cada 30 segundos.

• Time-out timer– Inicializado todas as vezes que uma rota é criada ou atualizada.– Se a rota não for atualizada em 180 segundos, ela é considerada

obsoleta.

• Garbage collection Timer– As rotas que estiverem expiradas por mais de 120 segundos são

removidas.

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RIP Request e Response

• Um gateway pode enviar uma mensagem para outro solicitando a atualização de uma rota específica.

RIP REQUEST

RIP RESPONSE

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RIP Versão 1: RFC 1058

• PROBLEMAS:– Não propaga máscaras (só permite definir rotas segundo as

classes A, B e C).– Envia mensagens em Broadcast.– Não possui mecanismos de autenticação.

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RIP Versão 2: RFC 1723

• RIP Versão dois suporta:– Propaga as rotas utilizando mensagens de broadcast, ao invés

de multicast.– Suporta a definição de rotas com uso de máscaras. – Autenticação por:

• Message Digest (16 bytes MD5 da mensagem) • Password Simples (senha de 6 bytes)• Message Digest Key e Sequence Number (HMAC com chave

secreta)– Em todos esses casos, a autenticação é colocada no início da

mensagem.

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Formato das Mensagens RIP v2

Command(1: request, 2:

response)

Version (2)

Reserved

Address Family(0xffff para Autenticação)

IP Address

Subnet mask

Next Hop IP Address

Metric

Tipo de Autenticação

Byte 1 Byte 2 Byte 3 Byte 4

Informação de Autenticação X 4

Address Family(2 para IPv4)

Tag de Rota

Address Family(0xffff para Autenticação)

Tipo de Autenticação

Informação de Autenticação X 4

Cabeçalho

Autenticação

Entradas de Rota....

Autenticação

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Exemplo

• Inicialmente os roteadores tem apenas as rotas das redes conectadas fisicamente a eles.

2

10.26.128.0255.255.128.0

3

192.168.0.0255.255.255.0

1

192.168.1.0255.255.255.0

INTERNET 0.0.0.00.0.0.0

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Propagação da Rota 0

• Inicialmente os roteadores tem apenas as rotas das redes conectadas fisicamente a eles.

2

10.26.128.0255.255.128.0

3

192.168.0.0255.255.255.0

1

192.168.1.0255.255.255.0

INTERNET 0.0.0.00.0.0.0

0.0.0.0 por 1 (custo 1)

0.0.0.0 por 2 (custo 2)

0.0.0.0 por 3(custo 3)

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Propagação da Rota 0

• Inicialmente os roteadores tem apenas as rotas das redes conectadas fisicamente a eles.

2

10.26.128.0255.255.128.0

3

192.168.0.0255.255.255.0

1

192.168.1.0255.255.255.0

INTERNET 0.0.0.00.0.0.0

192.168.0.0 por 2 (custo 1)

192.168.0.0 por 3(custo 1)

192.168.0.0 por 2 (custo 1)

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OSPF: Open Shortest Path First

• Versão Atual:v2– RFC 2328 e RFC 1246– Protocolo IGP por estado de enlace– Único protocolo de roteamento dinâmico obrigatório para

roteadores.

• Protocolo de roteamento completo, mais flexível que o RIP.– RIPv2 permite apenas trabalhar com custo por número de saltos.– OSPF permite utilizar técnicas mais genéricas para cálculo das

métricas das rotas.

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Dijkstra Shortest Path First (SPF)

• Princípio: – Encontrar o menor caminho entre um dos nós da rede e todos os demais

• Se D pertence ao melhor caminho entre AF, então o melhor caminho é o melhor AD + melhor DF.

• Custo: L*log(N) (L:enlaces e N:nós)

• Estratégia:– Escolher sempre o melhor nó adjacente– Atribuir custos acumulativos a cada nó da rede

A

C

B

D

F

E

1

5

3

5

1

6

4

20

1

4

5

9

10

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Constrained Shortest Path First (CSPF)

• Permite impor restrições adicionais ao invés de escolher simplesmente o caminho mais curto

• As restrições podem ser de várias naturezas:– restringir o uso de enlaces indisponíveis, pouco confiáveis ou

muito lentos (menos banda)

• Duas técnicas são utilizadas: – Aparar enlaces indesejáveis (eliminá-los do grafo - prunning)– Criar uma nova métrica que incorpora outras restrições em seu

cálculo

• Problema:– Todos os roteadores precisam usar a mesma métrica, ou

poderão ser criadas rotas em loop.

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Equal Cost Mutipath (ECMP)

• Geralmente, quando dois caminhos de custo idêntico são encontrados, o primeiro a ser descoberto é mantido.

• Isso pode levar a uma sub-utilização da capacidade da rede.

• No ECMP os roteadores procurar efetuam balanceamento de carga entre caminhos de custo idêntico.– Roteadores que suportam ECMP criam regras automáticas de

balanceamento utilizando parâmetros como:• O endereço de origem ou destino dos pacotes encaminhados.• A marcaçao diffserv• O tipo de tráfego transportado

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Conceitos do OSPF

• Um roteador OSPF deve ter um identificador único em todo o sistema Autônomo– identificador de roteador: endereço IP de uma das interfaces

(geralmente o menor)– identificador de área: exclusivo em um sistema autônomo

• Os seguintes métodos de autenticação são suportados:– tipo 0: sem autenticação + checksum– tipo 1: proteção adicional contra erro de configuração– tipo 3: autenticação criptográfica MD5

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Funcionamento do OSPF

• Protocolo de Estado de Enlace– Protocolo OSPF é diretamente encapsulado no IP (protocolo

tipo 89).– São transmitidos em multicast para o endereço padrão:

224.0.0.5 e 224.0.0.6.

• Mensagens do OSPF:1. Hello

2. Descrição do Banco de Dados

3. Solicitação do Estado de Enlace

4. Atualização do Estado de Enlace

5. Reconhecimento do Estado de Enlace

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Mensagens OSPF

• Hello:– usada para descobrir vizinhos e manter o relacionamento entre

eles

• DataBase Description:– lista um diretório de entradas de estado de enlace

• LinkState Request:– requisita uma ou mais informações específicas de estado de

enlace

• LinkState Update:– envia a informação de uma ou mais entradas de estado de enlace

(LSA - Link State Advertisement)

• LinkState Acknowledgement:– confirma o recebimento seguro da informação de estado de

enlace

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Mensagens OSPF

Version (2) Tipo de Mensagem Tamanho da Mensagem

Identificador de Roteador

Byte 1 Byte 2 Byte 3 Byte 4

Identificador de Área

Checksum da mensagem

Dados de autenticação...

Reservado

Tipo de Autenticação

ID de Chave Tamanho da Autentic.

Número de sequência

Cabeçalho OSPF

Máscara de rede

Byte 1 Byte 2 Byte 3 Byte 4

Intervalo de Hello

Roteador designado

Roteador designado de backup

Intervalo de morte do roteador

Primeiro Vizinho

Mensagem Hello

Opções Prioridade Roteador

Outros Vizinhos

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Descoberta de Vizinhos

• Mensagem Hello– Permite detectar novos vizinhos e verificar se estão ativos– As mensagens são enviadas em intervalos de 10 segundos– O intervalo de morte é geralmente 40 segundos

• Prioridade do Roteador– Utilizado para eleger o roteador designado (designated router)

• o desempate entre prioridades é feito para o roteador com ID mais alto

• Lista de Vizinhos– Os vizinhos são identificados pelo seu ID (IP)

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Mensagens OSPF

MTU da Interface Opções

Número de sequência da descrição do banco de dados

Byte 1 Byte 2 Byte 3 Byte 4

Identificador de Área

Idade do Estado de Enlace

Identificador de Estado de Enlace

Roteador Anunciante

Opções

Número de sequência do Estado de Enlace

Database Description

Reservado I M S

Tipo do Est. Enlace

Checksum Tamanho

Outros Cabeçalhos de Anúncio de Estado de Enlace

....

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Sincronismo com Banco de Dados

• O método OSPF exige que cada roteador possua uma cópia idêntica dos estados de enlace da rede.

• Para evitar que informações em excesso sejam trocadas pela rede, a seguinte estratégia é adotada:– O roteador anuncia uma lista de enlaces que ele conhece

(DataBase Description)• lista os identificadores de entrada da base, mas não envia os

dados propriamente dito– O roteador que recebe o anúncio solicita apenas as entradas que

estão faltando (Link State Request)– O roteador que fez o anúncio envia mensagens contendo os LSA

solicitados (Link State Update)

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Mensagens OSPF

Tipo de Estado de Enlace

Identificador do Estado de Enlace

Byte 1 Byte 2 Byte 3 Byte 4

Roteador Anunciante

Outros Anúncios de Estado de Enlace Requisitados....

Link State Request (LSR)

Contador de Anúncios (número de LSAs)

Idade do Estado de Enlace (LS)

Link State Update (LSU = N X LSA)

Opções Tipo de LS

Identificador de estado do enlace

Roteador Anunciado

Número de Sequência de Estado do Enlace

Checksum do Estado de Enlace (LS) Tamanho

Flags Reservado Número de Enlaces

Identificador de Enlace (IP ou Subrede)

Dado do Enlace (Máscara de Subrede)

Tipo de Enlace Contador de TOS Métrica Padrão

TOS Reservado Métrica do TOS

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Redes de Acesso Múltiplo

• Redes de acesso múltiplo são redes nas quais vários roteadores são interconectados a um enlace compartilhado com suporte a broadcast (multicast)– Mensagens de Hello são enviadas em multicast (224.0.0.5)

– Anúncios de LSA são feitos ao roteador designado e ao roteador designado de backup usando um endereço de multicast (224.0.0.6)

– O roteador designado distribui os anúncios usando o endereço de multicast 224.0.0.5.

meio de múltiplo acesso

Roteador Designado

Roteador Designado de

Backup

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Áreas OSPF

• No OSPF, áreas são organizadas em uma hierarquia de dois níveis:– área zero: backbone do AS– demais áreas: conectadas ao backbone

• Os roteadores que conectam uma área ao backbone são denominados: ABR

• Os ABR transmitem informações sumarizadas para os demais roteadores da sua área.

• Se uma única área for utilizada, a quantidade de roteadores é limitada (menos que 200 para roteadores legados).

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Terminologia OSPF

R1

R5 R6

R0

N1Area 0

Area 2 (Stub)

Area 1R3

BACKBONEOSPF

Area 0.0.0.0

R7R4

Fronteira de AS

N2

N1

Roteador de Fronteira de Área

(ABR)

R2

Roteador de Fronteira de AS

(ASBR)

Rx

Rede RIP

LSA NSAR8

Area 3

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Terminologia OSPF

• Roteadores Intra-Area:– Conhecem apenas a topologia de rede do interior de sua própria

área.

• Roteadores de Fronteira de Área (ABR)– Conhecem duas ou mais áreas aos quais estão diretamente

conectados.– Efetuam agregação de rotas utilizando CIDR (a agregação pode

ser ativada ou não)• a agregação interfere no funcionamento do LDP (MPLS)

• Roteadores de Fronteira de AS (ASBR)– Trocam informações com outros AS e podem pertencer a

qualquer área.

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Tipos de Anúncio de Estado de Enlace

• No OSPF são utilizados 4 tipos de LSA:– Tipo 1: Router-Link Entry

• Anúncios de Enlaces de Roteador• Produzidos por todos os roteadores e são espalhados dentro de uma

única área.– Tipo 2: Network-Link Entry

• Anúncios de Enlaces de Rede:• Produzidos pelo roteador designado e são espalhados em uma única

área.– Tipo 3 e 4: Summary-Link Entry

• Anúncio de Enlaces de Resumo:• Produzidos pelos roteadores de fronteira de área ABR. Descrevem

rotas para destinos em outras áreas e para os roteadores de fronteira de AS.

– Tipo 5: Autonomous System External Link Entry• Anúncio de Enlaces de AS Externo• São produzidos pelos roteadores de fronteira AS e são espalhados

por todos as áreas.

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Tipos de Áreas

• Áreas Stub– Utilizadas para proteger roteadores com pouca capacidade de CPU ou

memória

– Esse tipo de área é configurada no ABR, que propaga apenas uma rota padrão para os demais roteadores da área

• Not So Stubby Area (NSSA)– Uma LSA especial denominada LSA-NSSA é utilizada para propagar

rotas de uma área Stub para outras áreas que não suporte OSPF (por exemplo RIP)

• Essa mensagem tem um campo adicional que permite apontar uma gateway diferente do roteador anunciante.

• Enlaces Virtuais– Permitem criar enlaces virtuais (não físicos) usados para aumentar a

conectividade da malha OSPF.

• Exemplo: interconectar duas áreas adjacentes utilizando um roteador que não tem interface direta com a Área 0.

Page 53: Roteamento em Backbones IP A.S., RIP, OSPF, IS-IS e BGP Edgard Jamhour.

BGP: Border Gateway Protocol

• Função– Troca de informação entre sistemas autônomos

• Criado em 1989– RFC 1267– Substitudo do EGP

• Utiliza mensagens de “update” para informar aos roteadores sobre alterações nas tabelas de roteamento.

Page 54: Roteamento em Backbones IP A.S., RIP, OSPF, IS-IS e BGP Edgard Jamhour.

EGP

B

CD

E

F G

IJ

EGP

SA2 SA1

IGP

IGP

IGP

IGP

IGP

IGP

IGP

IGP

IGP

Y

XW

Z

IGP

IGP

IGP

IGP

200.17.0.0/16200.18.0.0./16

EGP

SA3

210.7.0.0/16

• ROTAS

• 200.17.0.0/16 por Z• 200.18.0.0/16 por Z

• ROTAS

• 210.7.0.0/16 por E• 200.17.0.0/16 por E• 200.18.0.0/16 por E

Page 55: Roteamento em Backbones IP A.S., RIP, OSPF, IS-IS e BGP Edgard Jamhour.

BGP

A B

CD

EF G

HI

BGP

SISTEMA AUTÔNOMO 1 SISTEMA

AUTÔNOMO 2

SISTEMA AUTÔNOMO 3

BGP Speaker

SISTEMA AUTÔNOMO 4

PROPAGAÇÃO DAS ALTERAÇÕES

Mensagem de UPDATE