(Microsoft PowerPoint - Camada de Rede 2010 - 2\252 parte.ppt)

Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011

Departamento de Engenharia Informtica1

Redes de ComputadoresRedes de Computadores

Camada Rede


Departamento de Engenharia Informtica2 Camada de Rede

Obteno Dinmica de Endereos IP

atribudo pelo administrador do sistema e configurado manualmente

Ou por DHCP atribuio dinmica de

um endereo (plug-and-play)

[RFC 2131]

Endereo IP de uma interface individual (host portion)

DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) Atribuio dinmica permite reutilizao dos endereos IP Apropriado para communicaes mveis (PDAs, portteis, etc)

DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) Atribuio dinmica permite reutilizao dos endereos IP Apropriado para communicaes mveis (PDAs, portteis, etc)



DHCP Cenriode Utilizao

Computador difunde a mensagem DHCP discover

Servidor DHCP responde com DHCP offer

Computador pede o endereo IP DHCP request

Servidor confirma endereo IP DHCP ACK

Servidor DHCP: 223.1.2.5



10.0.0.1

10.0.0.2

10.0.0.3

10.0.0.4138.76.29.7

rede local10.0.0/24

Internetpblica

Traduo de endereos de redeNAT Network Address Translation

[RFC 2663, RFC 3022]Todos os datagramas aodeixar a rede local tm o mesmo endereo (pblico) IP (NAT IP): 138.76.29.7, masnmero de porto diferente

Os datagramas com fontee destino nesta rede tmendereos 10.0.0/24

Motivao - visto do mundo exterior todos os elementos locais usam um s endereo IP no h necessidade de requisitar uma coleco de endereos da entidade competente

basta um endereo IP podem mudar-se os endereos na rede local sem notificar o mundo exterior muda-se de ISP sem mudar os endereos da rede local, e sem mudar os ns da rede exterior os elementos da rede local no so endereveis explicitamente a partir do mundo exterior

contribuindo para um aumento de segurana.



Encaminhador NAT Tarefas

datagramas de sada: substituir (endereo IP privado de origem, porto #) de cada datagrama de sada por (endereo NAT IP pblico, novo porto #)

. . . Os clientes/servidores remotos respondem usando como endereo de destino (endereo NAT IP pblico, novo porto #).

guardar (na tabela de traduo NAT) todos os pares (endereo IP privado de origem, porto #), (endereo NAT IP pblico, novo porto #).

datagramas de entrada: substituir (endereo NAT IP pblico, novo porto #) no campo de endereo de destino de cada datagrama de entrada o valor correspondente na tabela de traduo NAT (endereo IP privado de origem, porto #).



NAT Exemplo

10.0.0.1

10.0.0.2

10.0.0.3

O: 10.0.0.1, 3345D: 128.119.40.186, 80

1

10.0.0.4

138.76.29.7

1: mquina 10.0.0.1 envia datagrama p/ 128.119.40.186, 80

Tabela de traduo NATendereo pblico endereo privado

138.76.29.7, 5001 10.0.0.1, 3345

O: 128.119.40.186, 80 D: 10.0.0.1, 3345 4

O: 138.76.29.7, 5001D: 128.119.40.186, 802

2: router NATmuda end. origem do datagrama de10.0.0.1, 3345 p/138.76.29.7, 5001, e actualizatabela

O: 128.119.40.186, 80 D: 138.76.29.7, 5001 3

3: Resposta chega p/ end. destino: 138.76.29.7, 5001

4: router NAT muda endereo de destino do datagrama de138.76.29.7, 5001 para 10.0.0.1, 3345



campo do nmero do porto com 16-bits: 216 = 65.536 ligaes simultneas com um nico endereo

Implementao do NAT algo controversa os ns encaminhadores deviam processar apenas o que diz respeito ao

nvel de rede somente at camada 3 viola o princpio de que o nvel de transporte funciona estritamente

extremo a extremo possibilidade do uso de NAT deve ser levado em conta pelos programadores de

aplicaes (e.g. P2P) Connection reversal

portos devem ser usados para enderear processos, em vez de mquinas escassez de endereos deve ser resolvida por outros mecanismos (IPv6).

NAT: Implementao



ICMP: Internet Control Message Protocol

Usado por computadores e ns (routers) para comuniaes de controlo da camada de rede

informao de erros unreachable host destination network unreachable unreachable protocol, ...

pedido/resposta de eco usado pelo comando ping

Na camada de rede acima do IP mensagens ICMP so inseridas

(no campo de dados) nos datagramas IP

Tipo Cdigo descrio0 0 resposta de eco (ping)3 0 rede de destino inalcanvel3 1 mquina destino inalcanvel3 2 protocolo destino inalcanvel3 3 porto destino inalcanvel3 6 rede destino desconhecida3 7 mquina destino desconhecida4 0 fonte (controle de congesto

- no usado)8 0 pedido eco (ping)9 0 anncio do caminho10 0 descobrir encaminhador (router)11 0 TTL expirado12 0 erro de cabealho IP

Tipo Cdigo descrio0 0 resposta de eco (ping)3 0 rede de destino inalcanvel3 1 mquina destino inalcanvel3 2 protocolo destino inalcanvel3 3 porto destino inalcanvel3 6 rede destino desconhecida3 7 mquina destino desconhecida4 0 fonte (controle de congesto

- no usado)8 0 pedido eco (ping)9 0 anncio do caminho10 0 descobrir encaminhador (router)11 0 TTL expirado12 0 erro de cabealho IP

[RFC 792]



Traceroute funcionamento com ICMP

Origem envia uma srie de segmentos UDP para o destino

Primeiro tem TTL =1 Segundo tem TTL=2, etc. Usa n de porto UDP pouco provvel Comea temporizado p/ cada datagrama

Quando n-simo datagrama chega ao n-simo router:

Router descarta datagrama temporizador expirado

Envia para a origem uma mensagem ICMP (tipo 11, cdigo 0)

Mensagem inclui nome e endereo IP do router

Quando a msg ICMP chega, origem calcula RTT

Traceroute faz isto 3 vezes

Critrio de paragem Segmento UDP

eventualmente chega mquina destino

Destino retorna pacote ICMP porto inalcanvel(tipo 3, cdigo 3)

Quando origem recebe este pacote ICMP, termina

Critrio de paragem Segmento UDP

eventualmente chega mquina destino

Destino retorna pacote ICMP porto inalcanvel(tipo 3, cdigo 3)

Quando origem recebe este pacote ICMP, termina



Motivao inicial endereos de 32 bits insuficiente espao de endereos estaria completamente atribudo at 2008

viso pessimista do incio dos anos 90

Motivao adicional formato cabealho pode ajudar a aumentar a velocidade de processamento do n cabealho pode incluir campos dedicados ao fornecimento de QoS podem introduzir-se novos tipos de endereo, e.g., anycast

Encaminhamento instantneo para o melhor de um conjunto de servidores replicados

Breve histria Recomendado pelo IPng Area Directors do IETF em Toronto, Julho de 1994, RFC 1752,

(The Recommendation for the IP Next Generation Protocol) . Nov. 1994: recomendao aprovada pelo Internet Engineering Steering Group O corpo principal do protocolo IPv6 um Draft Standard do IETF desde 1998

IPv6 verso 6 do Protocolo InternetNext Generation Internet Protocol, IPng [RFC 1752]IPv6 [RFC 2460]



Pacotes IPv6

Version (4 bits) valor 6 no IPv6 Priority (ou Traffic Class - 8 bits) identifica a prioridade de um datagrama

num fluxo. Semelhante ao campo TOS (tipo de servio) do IPv4 Flow Label (20 bits) identifica datagramas do mesmo fluxo (flow)

o conceito de fluxo no est bem definido Payload len (16 bits) unsigned integer, n de bytes de dados Next header (8 bits) identifica o protocolo que processa os dados Hop Limit n max hops q restam (decrementado em cada router, 0=drop)

Formato do datagrama IPv6 Cabealho de tamanho fixo de 40 bytes

Fragmentao/Reagrupamento no permitido no IPv6 em routers, apenas sistemas terminais

Checksum removido completamente para reduzir tempo de processamento em cada (router)

Opes permitidas, porm fora do cabealho indicadas pelo campo Next Header

ICMPv6 verso nova do ICMP tipos adicionais de mensagens, e.g. Packet Too Big

Mudanas do IPv4 para IPv6



Transio do IPv4 para IPv6

Como a rede pode funcionar com uma mistura de routers IPv4 e IPv6? [RFC 2893]

Sistemas IPv6 backwardcompatible - podem processar (enviar, receber, encaminhar) datagramasIPv4

Sistemas IPv4 no suportam datagramas IPv6

E nem todos os routers podem ser actualizados simultaneamente

Dual-Stack Routers com um stack IPv4 e outro IPv6

Tneis datagramas IPv6

carregados em datagramasIPv4 entre routers IPv4

IPv6 dentro de IPv4 quando necessrio

Tuneis



DHCP, NAT, ICMP, IPv6 Reviso

Servios da camada de rede Circuitos virtuais Datagramas

Funcionamento de um encaminhador (router) Camada de rede na Internet: o protocolo IP Princpios de encaminhamento

seleco de um caminho Outros aspectos da camada de rede na Internet

DHCP, NAT, ICMP, IPv6 Encaminhamento hierrquico Encaminhamento na Internet

intra domnio inter domnio

Encaminhamento multicast

DHCP - Obteno Dinmica de Endereos IP

Traduo de endereos de rede NAT

Tarefas, Exemplo e implementao


Traceroute: funcionamento com ICMP

IPv6Pacotes IPv6


DHCP - Obteno Dinmica de Endereos IP

Traduo de endereos de rede NAT

Tarefas, Exemplo e implementao


Traceroute: funcionamento com ICMP

IPv6Pacotes IPv6




Escala (centenas de milhes de destinos)

no se podem memorizar todos em cada tabela de encaminhamento

A troca de informao para a construo das tabelas esgotaria a capacidade da rede

Autonomia administrativa internet = rede de redes Cada instituio / organizao

/ empresa tem o direito de usar mecanismos de encaminhamento prprios

A hiptese assumida de que todos os ns so idnticos a rede plana no verdade, na prtica...

Encaminhamento Hierrquico



Encaminhamento Hierrquico

Ns no mesmo AS utilizam o mesmo protocolo de encaminhamento intra-AS

Ns em diferentes AS podem utilizar diferentes protocolos de encaminhamento intra-AS

Ns gateway ou fronteira ns especiais em cada AS utilizam um protocolo de encaminhamento intra-AS com todos os ns

desse AS so responsveis pelo encaminhamento para destinos fora desse AS

utilizam um protocolo de encaminhamento inter-AS com os restantes ns gateway

Organizao de ns em regies autnomas, autonomous systems (AS)



Encaminhamento Intra-AS e Inter-ASTabela de encaminhamento configurada pelos algoritmos intra-AS e inter-AS

C.b

A.aA.c

B.a

ab

a

db

c

ab

c

encaminhamento inter-AS, intra-AS na gateway A.c

Camada de rede

Camada de ligao de dados

Camada fsica

Gateways ou n fronteira usam encaminhamento inter-

AS entre eles usam encaminhamento intra-

AS com os ns do seu AS

A

C B



3b

1d

3a

1c2aAS3

AS1

AS21a

2c2b

1b

3c

Router em AS1 recebe um datagrama cujo destino estfora de AS1 Router dever encaminhar o

pacote p/ um dos routers de fronteira, mas qual?

AS1 precisa de1. aprender quais destinos que so

atingiveis via AS2 e quais so atingiveis via AS3

2. propagar esta informao para todos os routers em AS1

Tarefas do encaminhamento inter-SA

Tarefas do Encaminhamento Inter-AS



3b

1d

3a1c

2aAS3

AS1

AS21a

2c2b

1b

3c

Tabela de encaminhamento no router 1d AS1 aprende atravs do protocolo inter-AS que a sub-rede x

atingivel via AS3 (router de fronteira 1c) mas no via AS2 Protocolo Inter-AS propaga informao de alcane dos destinos

para todos os routers internos Router 1d determina atravs da informao de encaminhamento

intra-AS que sua interface I est no caminho mnimo para 1c Coloca par (x,I) na tabela de encaminhamento

Exemplo Definio da tabela de encaminhamento no router



Router aprendeatravs do protocolointer-AS que a sub-rede x atingivel via mltiplos routers de

fronteira

Usa informao de encaminhamento do protocolo intra-ASpara determinar os caminhos mnimos p/ cada n fronteira

Encaminhamento batata quente:escolhe o router

fronteira que tem o caminho de menor

custo

Determina na tabela deencaminhamento inter-face I que leva ao rou-ter fronteira de menorcusto. Insere (x,I) na tab. encaminhamento

AS1 aprende agora atravs do protocolo inter-AS que a sub-rede x alcanvel via AS3 e via AS2

Para configurar a tabela de encaminhamento, o router 1d deve determinar para qual router de fronteira ele deve enviar pacotes com destino x

Isto tambm tarefa do protocolo de encaminhamento inter-AS! Encaminhamento batata quente (hot potato): envia pacote para o router de

fronteira mais prximo

Exemplo: Seleco entre ASs mltiplos



Encaminhamento na Internet

A Internet constituda por Sistemas Autnomos Autonomous Systems (AS)interligados entre si

Protocolos nos 2 nveis de encaminhamento Inter-AS: protocolo nico

BGP Border Gateway Protocol Intra-AS: cada administrador responsvel

pela escolha do protocolo usado Conhecidos como Interior Gateway

Protocols (IGP) IGPs mais comuns: RIP, OSPF, IGRP

Ns fronteira Inter-AS (exterior gateway)

Ns interiores Intra-AS

Hierarquia de ASs na Internet

RIP: Routing Information Protocol(RFC 2453 Nov. 1998)OSPF: Open Shortest Path First(v2, RFC 2328 Abril 1998)IGRP: Interior Gateway Routing Protocol (Cisco propr.)



Encaminhamento Hierrquico - Reviso







Encaminhamento Intra-AS e Inter-AS

Tarefas do encaminha-

mento Inter-AS

Exemplo: Definio da tabela de encaminha-mento no router


Encaminhamento Intra-AS e Inter-AS

Tarefas do encaminha-

mento Inter-AS

Exemplo: Definio da tabela de encaminha-mento no router




RIP: Algoritmo de vector de distncias Includo na distribuio de BSD-UNIX,

1982 Custos definidos entre router de origem

e subnet de destino entre routers no algoritmo DV

Mtrica de distncia: # de saltos (max = 15 saltos)

n de subredes atravessadas no caminho mais curto entre o router de origem e a subrede de destino, incluindo esta

DC

BA

u v

w

xy

z

destino saltosu 1v 2w 2x 3y 3z 2

Do router A para sub-redes

RFC 1058, RFC 2453 Nov. 1998Anncios RIP

Vectores de distncia: trocados de 30 em 30 segundos via RIP Response Message (tambm chamada mensagem de anncio RIP, RIP advertisement)

Cada Anncio: contm at um mximo de 25 caminhos para subredes, juntamente com custos

Encaminhamento Intra-AS na Internet: RIP (Routing Information Protocol)



Rede Destino Prximo Router n de saltos at ao destinow A 2y B 2z B 7x -- 1. . ....

C

Tabela de encaminhamento em D

w x y

z

A D B...

Exemplo RIP

...

Subredes w,x,y,z



Dest Prox Saltosw - 1

x - 1

z C 4

. ...

Anncio de A para D

C

w x y

z

A D B...

Rede Destino Prximo Router n de saltos at ao destinow A 2y B 2z B A 7 5x -- 1. . ....

Tabela de encaminhamento em D

Exemplo RIP - Anncio

...

Subredes w,x,y,z



Se no forem ouvidas mensagens de anncio (advertisement) num perodo de 180s da parte de um vizinho ele declarado inexistente (ou ele foi abaixo ou ento a ligao para ele)

1. caminhos que incluam esse vizinho so retirados da tabela 2. so enviadas mensagens de anncio aos restantes vizinhos 3. os vizinhos por sua vez enviam novas mensagens se as suas tabelas

tiverem mudado a falha rapidamente propagada a toda a rede

Router pode pedir informao sobre custos de ligaes de vizinhos atravs de RIP request messages

Reverso envenenado usado para impedir rotas cclicas ping-pong(distncia infinita = 16 ligaes)

Aspectos de Implementao RIP Falha de uma Ligao



Aspectos de Implementao RIP: Processamento de tabelas

As tabelas de encaminhamento RIP so geridas por um processo na camada de aplicao chamado route-d (routing daemon)

As mensagens de anncio so enviadas periodicamente usando o protocolo de transporte UDP (porto 520)



RIP: Processamento de Tabelas Exemplo

Trs redes classe C (LANs) directamente ligadas N para enviar todos os datagramas com endereos que no

constam da tabela - default router Endereo multicast: 224.0.0.0, Interface Loopback: 127.0.0.1

N: giroflee.eurocom.fr

le003U193.55.114.6224.0.0.0

143454

25

58503

13

26492

Use

0UG193.55.114.129default

qaa02U192.168.3.5192.168.3.

le03U193.55.114.6193.55.114.

fa02U192.168.2.5192.168.2.

lo00UH127.0.0.1127.0.0.1

InterfaceRefFlagsGatewayDestination



OSPF usado por ISPs de nveis mais altos o RIP mais usado por ISPs de nvel mais baixo e redes empresariais

Algoritmo de estado das ligaes Disseminao de pacotes de estado das ligaes (LS packet)

caso mude o estado da ligao (alterao do custo ou no estado up/down)

e actualizado no minimo uma vez em cada 30 minutos

Mapa da topologia conhecido em todos os ns Clculo dos caminhos usando o algoritmo de Dijkstra

OSPF no determina definio de custos (hop, inverso da capacidade, etc) muitas vezes definem-se os custos de modo a obter fluxos de trfego pretendidos

routers testam estado ligaes atravs de mensagens HELLO aos vizinhos As mensagens de anncio so disseminadas por inundao pelo AS

as mensagens de anncio OSPF de divulgao para toda a rede tm apenas uma entrada por cada n vizinho

protocolo OSPF usa directamente o IP, ao invs de TCP ou UDP

Encaminhamento Intra-AS na Internet: OSPF (Open Shortest Path First)

[RFC 2328]open protocol: protocolo pblico



Segurana todas as mensagens OSPF so autenticadas para impedir acessos no autorizados

Mltiplos caminhos caminhos de igual custo para o mesmo destino podem ser mantidos (RIP permite apenas um)

Mtricas diferentes para a mesma ligao dependendo do tipo de servio (campo TOS dos datagramas)

e.g., ligao satlite com custo baixo para trfego de melhor esforo e custos elevados para trfego de tempo real

Multicast suporte integrado de uni/multicast [RFC 1584] OSPF multicast (MOSPF) usa a topologia construda para OSPF unicast

Hierarquia suporta hierarquia de ns em domnios de larga dimenso Um AS pode ser configurado em reas, cada rea corre o seu alg. OSPF

Caracteristicas avanadas no existentes no RIP

Caractersticas do OSPF



Hierarquia no OSPF

Hierarquia em dois nveis - arealocal, backbone.

anncios do estado das ligaes circulam apenas numa rea

cada n tem conhecimento detalhado da rea em que se insere;

cada n conhece apenas a direco para as redes noutras reas.

Ns de fronteira de rea (Areaborder routers): conhecem as distncias para as redes na sua rea e anunciam para os restantes ns de fronteira de rea

Ns do backbone: executam o protocolo OSPF apenas no conjunto dos ns do mesmo tipo



Encaminhamento Inter-AS

Encaminhamento Inter-AS na Internet BGP (Border Gateway Protocol)

BGP4: standard, verso 4 [RFC 1771, e tambm RFCs 1772, 1773]

BGP fornece a cada AS meios de:1. Obter informao sobre alcane de

sub-redes a partir de informao recebida de ASs vizinhos

2. Propagar informao sobre alcanede outras subredes para todos os routers internos ao AS

3. Determinar bons caminhos para sub-redes a partir de informao sobre alcane e polticas do AS

Permite que uma sub-rede anuncie a sua existncia para o resto da Internet: Estou aqui!

destinos no so mquinas so prefixos CDIR, cada representando

uma subrede ou colecco de subredes



Fundamentos do BGP

Par de routers (pares BGP) trocam informao de encaminhamento atravs de ligaes TCP semi-permanentes: sesses (e/i)BGP

sesses BGP no correspondem a ligaes fsicas

Quando um AS2 anuncia um prefixo para AS1, AS2 est a prometer que vai enviar quele prefixo quaisquer datagramas destinados ao mesmo

AS2 pode agregar prefixos nos seus anncios

Distribuio da Informao sobre Alcance

Com sesso eBGP 3a-to-1c, AS3 envia informao sobre alcane de prefixos para AS1

1c pode usar iBGP para distribuir nova informao de alcance de prefixo para todos os routers AS1

1b pode reanunciar a nova informao de alcance para AS2 atravs da sesso eBGP 1b-to-2a

Quando um router aprende sobre um novo prefixo, cria uma entrada para o prefixo na sua tabela de encaminhamento

3b

1d

3a1c 2aAS3

AS1 AS21a

2c2b1b

3ceBGP sessioniBGP session



BGP (Border Gateway Protocol)

Protocolo de vector de caminhos(Path vector protocol)

Semelhante ao protocolo de vector de distncias

Cada n da fronteira de um AS envia aos seus vizinhos (tambm fronteiras de AS) os custos atravs dele para cada destino incluindo a descrio do caminho (sequncia de ns visitados)

e.g. o n X envia o caminho que conhece para o destino Z:

Path (X,Z) = X,Y1,Y2,Y3,,Z

Exemplos: o n X envia um caminho conhecido ao n W

W pode ou no escolher o caminho anunciado com base em

Custo Convenincias comerciais/polticas Critrios tcnicos: evitar caminhos fechados

Se W aceita o caminho comunicado por X, ento anuncia aos vizinhos:

Path (W,Z) = (w,x), Path (X,Z)

Um n pode controlar o trfego que encaminha escolhendo os anncios que faz

e.g. no quer encaminhar trfego para Y no anuncia nenhum caminho para Y

Protocolo muito complexo



Atributos do Caminho

Quando um prefixo anunciado, o anncio inclui atributos BGP.

prefixo + atributos = caminho Dois atributos importantes:

AS-PATH: contm os ASs pelos quais o anncio para o prefixo passou: AS 67 AS 17

NEXT-HOP: indica o router especfico, interno ao AS, que leva ao AS do prximo salto

Pode haver mltiplas ligaes do AS actual ao AS do prximo salto

Quando um router de fronteira recebe um anncio de caminho, usa a poltica de importao (import policy) para aceitar/declinar



Seleco do Caminho

Router pode aprender sobre mais de 1 caminho para algum prefixo de uma subrede

deve selecionar o caminho

Regras de eliminao1. Valor do atributo preferncia local associado ao

caminho: deciso poltica2. Menor AS-PATH 3. Router NEXT-HOP mais prximo

roteamento batata quente - escolhe AS com o router fronteira que tem o caminho de menor custo

4. Critrios adicionais



BGP troca mensagens usando o protocolo TCP porto 179

Mensagens BGP OPEN: inicia a ligao TCP e envia autenticao do emissor UPDATE: anncio de caminhos KEEPALIVE: mantm uma ligao aberta na ausncia de

mensagens de UPDATE; usada para responder mensagem OPEN

NOTIFICATION: reporta erros em mensagens anteriores; usada para fechar uma ligao

Mensagens BGP



Polticas de Encaminhamento BGP

A,B,C so redes de fornecedores X,W,Y so clientes

das redes de fornecedores

X com duas interfaces (multi-homed) ligadas a duas redes

X no vai encaminhar de B para C ... para tal, X no vai anunciar a B o

caminho para C

A anuncia para B o caminho AW B anuncia para X o caminho BAW B no anuncia para C caminho BAW

B no obtm lucro pelo encaminhamento CBAW, j que nem W ou C so clientes de B

B quer C a encaminhar para W via A B quer encaminhar apenas para/dos

seus clientes

A

B

C

WX

Y

legenda

rede cliente

redeprovedor



Consideraes de Escala Encaminhamento hierrquico poupa espao nas tabelas de encaminhamento e

economiza mensagens de actualizao das condies da rede Flexibilidade: se dominio (AS) torna-se demasiado grande, pode ser dividido

Consideraes polticas Inter-AS: as administraes dos domnios querem controlar como e por onde o

seu trfego encaminhado atravs da internet. Intra-AS: no tm em geral requisitos de natureza poltica

Consideraes de desempenho Inter-AS: interesses polticos podem prevalecer Intra-AS: critrios tcnicos de velocidade e optimizao de recursos

Porqu diferentes protocolos Inter-AS e Intra-AS



Encaminhamento na Internet - Reviso







Encaminhamento Intra-AS na Internet

RIP (Routing Information Protocol)

Exemplo

RIP: Falha de uma Ligao

RIP: Processamento de Tabelas

OSPF (Open Shortest Path First)


Hierarquia no OSPF

Encaminhamento Inter-AS na Internet


Mensagens

Protocolos Inter vs Intra-AS

Encaminhamento Intra-AS na Internet

RIP (Routing Information Protocol)

Exemplo

RIP: Falha de uma Ligao

RIP: Processamento de Tabelas

OSPF (Open Shortest Path First)


Hierarquia no OSPF

Encaminhamento Inter-AS na Internet


Mensagens

Protocolos Inter vs Intra-AS



Duplicao na criao

duplicao

R1

R2

R3 R4

Encaminhamento Unicast Ponto-a-Ponto

Encaminhamento Broadcast Envia pacotes de um n para

todos os outros ns na rede Duplicao na fonte ineficiente

e requer IPs de todos os destinos

Encaminhamento Multicast entrega cpias do mesmo pacote

a um grupo de receptores (subconjunto da rede)

Broadcasting e o Multicasting Ponto-Multiponto: suportam, ao

nvel da camada de rede, aplica-es com vrios participantes: e.g., video on demand, interacti-ve games, software distribution.

Broadcast no Gnutella, no OSPF

Encaminhamento Broadcast- Duplicao na fonte

Mltiplas ligaes ponto a pontoversus ligao broadcast



Encaminhamento Broadcast Duplicao dentro da rede

Inundao: quando n recebe pacotes de broadcast, envia cpia para todos os vizinhos

Problemas: ciclos e tempestades de broadcast

Inundao controlada: n somente faz broadcast com o pacote se j no o tiver feito antes com o mesmo pacote

N mantm lista sobre broadcastIDs dos pacotes para os quais j fez broadcast

Descarta pacotes recebidos, j na lista Segunda abordagem: envia pelo caminho

inverso (Reverse Path Forwarding - RPF) s re-encaminha pacote se chegou pelo

caminho unicast mnimo entre n e fonte

rvores minimas (spanning trees) Nenhum pacote redundante recebido

por outro n

R1

R2

R3 R4

Duplicao dentro da rede

duplicao

transmisso duplicada



A

B

G

DF

C

E

A

B

G

DF

C

E

Broadcast iniciado em A Broadcast iniciado em F

Spanning Trees

Constri-se uma rvore Uma spanning tree de um grafo G=(N,E) um grafo G=(N,E) E um subconjunto de E, G conectado e no contm ciclos

Ns encaminham cpias somente ao longo desta rvore (spanning tree) Minimum Spanning Tree rvore cujo custo (soma do custo dos ramos) o

minimo de todos os grafos de spanning trees possveis



A

B

G

DE

c

F1

2

3

4

5Construo da rvore

passo-a-passo

A

B

G

DE

c

F

rvore construda

Aboardagem Center-Based Define-se um n central Cada n envia mensagem de juntar ponto-a-ponto (unicast) para o n central Mensagem re-encaminhada at que chegue a um n j pertencente rvore

Spanning Tree Construo

Exemplo: N central E



i

router com membro do grupo ligadorouter sem membrosdo grupo multicast ligadosligao usada para oenvio, i indica a ordem de adio da ligaopelo algoritmo

LEGENDA

R1

R2

R3

R4

R5

R6 R7

21

6

3 45

S: fonte

Envio pelo Caminho Inverso

se (datagrama mcast recebido num canal de entrada no caminho mnimo de volta para a fonte)

ento inunda o datagrama por todos os canais de sadaseno ignora o datagrama

Informao no router de caminhos mnimos unicast dele para a fonte

cada router tem um comportamento de envio simples:

rvore de Caminhos Minimos - rvore de encaminhamento mcastcomposta pelos caminhos mnimos da fonte para todos os receptores

Reverse Path Forwarding RPF: Aboardagem Source-Based



resultado uma rvore de caminho mnimo inversa especfica para a fonte

- pode ser uma m escolha para ligaes de dados assimtricas

R1

R2

R3

R4

R5

R6 R7

datagrama vai ser re-encaminhado

LEGENDAS: fonte

datagrama no vai ser re-encaminhado

router com membro dogrupo ligadorouter sem membros dogrupo multicast ligados

Exemplo Envio pelo Caminho Inverso (Reverse Path Forwarding)



rvore de encaminhamento contm sub-rvores sem membros do grupo no h necessidade de enviar datagramas pelas sub-rvores mensagens de poda enviadas para trs pelo router sem nenhum

membro do grupo para a frente

R1

R2

R3

R4

R5

R6 R7

mensagem de poda

LEGENDAS: fonte

ligao com envio mcast

P

PP

router com membro dogrupo ligado

router sem membros dogrupo multicast ligados

Envio pelo Caminho Inverso - poda (pruning)



Endereos de grupo e ProtocolosMulticast

Endereos de grupo m-cast atribudos a todos os participantes no grupo

A Internet usa endereos da classe D para m-cast

o 224.0.0.0 - 239.255.255.255 Distribuio de endereos m-cast

gerida pelo protocolo IGMP

Protocolos para multicast LAN-to-router (ou host-to-router)

IGMP, entre host local e o seu Router+

Router-to-routerAlgoritmos multicasting da camada de rede

Core Based Trees (CBT)ou, Center-Based approach

Source Based TreesDistance Vector Multicast Routing Protocol (DVMRP)

Protocol Independent Multicast IGMP (PIM)

Multicast Open Shortest Path First (MOSPF)

Necessrio identificar subgrupo m-cast a que se destina a mensagem desnecessrio no Broadcast

router com membro dogrupo ligado

router sem membrosdo grupo ligados



Encaminhamento Multicast LAN-to-routerProtocolo IGMP

IGMP opera entre host local e seu router Tipicamente via a LAN (e.g., Ethernet)

IGMP usa directamente o IP nmero de protocolo no IP: 2

Router interroga queries os Hosts locaispor info sobre m-cast group membership

Router liga Hosts activos rvore m-cast via um protocolo m-cast

Hosts respondem com membership reports Host envia leave-group msg para sair

optional j que o router verificaperiodicamente (conceito soft state) leave-group causa sada imediata

Internet Group Multicast Protocol v3 [RFC 3376]

Tipos de Mensagens IGMP

host leaves the grouphost

leave group(opcional)

host wants to join grouphost

membership report

query for specific m-cast grouprouter

membership query:

specific

query for current active multicast

groupsrouter

membership query:

general

ObjectivoEnviado

porIGMP msg

type



Encaminhamento Multicast router-to-router

Problema: achar a rvoremelhor (e.g., menor custo) queinterliga todos os membroslocais do grupo mcast

rvore: nem todos os caminhos entre routers so usados

rvore nica usada portodos os membros do grupo

a raz (A) o CORE ou o ponto Rendez Vous

todas as mensagens vopelo CORE

Cada fonte (A,B) a raz dasua prpria rvore porgrupo fazendo ligao com todos os membros

rvore distinta de cada fonte para os receptores

Opes na construo de rvoresCORE-BASED/SHARED TREE(rvore Partilhada)

SOURCE BASED TREE(rvore baseada na origem)



rvore na fonte (source-based or source-rooted) vs rvore partilhada (shared tree)

Partilhada Core-Based/Shared Tree grupo usa uma rvore nica

rvore de custo mnimo (Steiner) rvore baseada em um centro rvores utilizam normalmente menos

ligaes (considerar minimo de spanning tree vs. shortest path tree)

Baseada na origem Source-Rooted uma rvore por fonte

rvores de caminhos mnimos envio pelo caminho inverso nenhum ponto nico de falha single

point-of-failure (o CORE) menos trafego centralizado ( volta do

CORE no caso da rvore partilhada) pacote enviado pelo caminho mais

curto para o receptor

Opes de sinalizao para construir rvore

Receiver-initiated: receptores enviammensagens para a origem. A rvore formada pelo caminho que as mensagensseguem at fonte.

Broadcast & Prune: um n usa Reverse-Path Forwarding para fazer o broadcast darvore. Receptores fazem a poda da rvorecaso no queiram receber os dados

Um router que recebe pacotes mcastmas no contm mquinas mcastligadas envia uma mensagem de podaao upstream router.

Opes de sinalizao para construir rvore

Receiver-initiated: receptores enviammensagens para a origem. A rvore formada pelo caminho que as mensagensseguem at fonte.

Broadcast & Prune: um n usa Reverse-Path Forwarding para fazer o broadcast darvore. Receptores fazem a poda da rvorecaso no queiram receber os dados

Um router que recebe pacotes mcastmas no contm mquinas mcastligadas envia uma mensagem de podaao upstream router.



rvore de Steiner

rvore de Steiner: rvore de custo mnimo ligando todos os routers com membros locais do grupo mcast

problema NP-completo existem excelentes heursticas no usada na prtica:

complexidade computacional necessita informaes sobre a rede inteira monoltica: recalculada sempre que um router precisa ser

adicionado ou retirado



Exemplo: Assumir escolha do centro R6 (anunciado por exemplo numa pgina web)

ordem em que as mensagens de juntar so geradas

LEGENDA

1

R1

R2

R3

R4

R5

R6 R7

2

3

1

router com membro do grupo ligado

router sem membros do grupo ligados

rvores Partilhadas

rvore de envio nica partilhada por todos

um router eleito como centro da rvore para juntar-se a um grupo:

novos membros juntam-se e deixam a rvore com mensagens explicitas de controlo de juntar e libertar

router de fora envia msg-juntar unicast endereada ao router central

msg-juntar processada pelos routers intermedirios e encaminhada para o centro

msg-juntar ou chega a um ramo da rvore j existente para este centro, ou chega ao centro

caminho seguido por msg-juntar torna-se um novo ramo da rvore para este router

Manuteno do caminho router downstream emite ECHO-REQUEST router upstream refresca o estado do canal e responde com ECHO-REPLY

Manuteno do caminho router downstream emite ECHO-REQUEST router upstream refresca o estado do canal e responde com ECHO-REPLY



DVMRP foi o primeiro protocolo m-cast na Internet

Inicialmente - inundao: a fonte envia datagrama inicial por broadcastpara todos os routers (usando o caminho inverso (RPF - Reverse Path Forwarding) - rvore baseada na fonte

rvore RPF baseada em tabelas de encaminhamento prprias do DVMRP, construdas por meio da comunicao entre routers DVMRP

nada assume sobre o encaminhamento unicast subjacente

Mensagens de poda pruning fluem para cima Routers sem hosts activos (nesse grupo m-cast) saem da rvore Recursivamente, routers interiores sem descendentes activos

removem-se da rvore aps timeout (3 minutos na Internet)

rvores Baseadas na Fonte DVMRP: Distance Vector Multicast Routing Protocol

Encaminhamento Multicast na Internet [RFC1075]



Tneis

Como ligar ilhas de routers multicast num mar de routers unicast?

datagrama mcast encapsulado dentro de um datagrama normal sem endereo multicast

datagrama IP normal enviado atravs de um tnel via IP unicast regular para o router mcast receptor

router mcast receptor desencapsula para obter datagrama mcast

Topologia fsica Topologia lgica



Denso (Dense Mode) Disperso (Sparse mode)

rvores Baseadas na Fonte PIM: Protocol Independent Multicast

membros do grupo densamente empacotados, em estreita proximidade

requer maior disponibilidade de largura de banda

nmero de redes com membros do grupo pequeno em relao ao nmero de redes interligadas

membros do grupo muito dispersos menor disponibilidade de largura de banda

no depende de nenhum algoritmo de encaminhamento unicastsubjacente (trabalha com todos)

participao dos routers nos grupos assumida at que os routers se removam explicitamente

construo da rvore mcast ditada pelos dados (e.g., RPF)

sem participao at que os routers se juntem explicitamente

construo da rvore mcast ditada pelos receptores (e.g., baseada em centro)

Modos de distribuio multicast



RPF com inundao e poda Semelhante ao DVMRP

Diferena: uso das tabelas de encaminhamento unicast

Routers que no esto no caminho de um membro do grupo enviammensagens de poda

Protocolo de encaminhamento unicast subjacente fornece as informaes referentes ao datagrama a chegar, necessrias ao RPF

Inundao menos complicada (menos eficiente) que a do DVMRP

Possui mecanismo no protocolo para router detectar se n folha

PIM DM (Protocol IndependentMulticast - Dense Mode)



PIM - SM (Sparse Mode)

abordagem baseada em centro router envia msg de juntar para

o ponto de encontro (rendezvous point - RP)

routers intermedirios actualizam estado e encaminham msg. de juntar

aps se juntar via RP, router pode mudar para rvore baseada na fonte

performance melhorada menos concentrao caminhos menores

R1

R2

R3

R4

R5

R6R7

juntar

juntar

juntar

multicast dos dadosa partir do ponto de encontro (RP)

ponto deencontro

fonte(s): dados via router unicast para o RP,

que os distribui ao longo da rvore com raiz no RP

RP pode estender rvore mcast para cima at a fonte

RP pode enviar msg. parar p/ fonte se no houver receptores ligados

ningum est a ouvir!









Encaminhamento Broadcast na Internet

Encaminhamento Multicast na Internet

IGMP

rvores Partilhadas

rvores Baseadas na Fonte

DVMRP: Distance Vector Multicast Routing Protocol

PIM: Modo Denso

PIM: Modo Disperso

Encaminhamento Broadcast na Internet

Encaminhamento Multicast na Internet

IGMP

rvores Partilhadas

rvores Baseadas na Fonte

DVMRP: Distance Vector Multicast Routing Protocol

PIM: Modo Denso

PIM: Modo Disperso

Encaminhamento Multicast

Documents

(Microsoft PowerPoint - Camada de Rede 2010 - 2\252 parte.ppt)