CAMADA DE REDES. Fabrício de Sousa Pinto

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CAMADA DE REDES

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Introdução

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Está relacionada a transferência de pacotes da

origem para o destino.

Pode passar por vários roteadores ao longo do percurso Transmissão fim a fim

Para cumprir seu objetivo

Deve conhecer a topologia da sub-rede de comunicação

(conjunto de todos os roteadores) e escolher o caminho mais apropriado

Cuidado ao escolher rotas que evitem sobrecarregar

algumas linhas de comunicação e roteadores enquanto deixam outras ociosas.

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Comutação de Pacotes:

Store-and-forward

3

Equipamentos da concessionária de comunicações

Roteadores conectados por linhas de transmissão (Parte

cinza da Figura do slide 4)

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Comutação de Pacotes:

Store-and-forward

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Serviços Oferecidos à Camada de

Transporte

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Os serviços devem ser oferecidos

independentes da

tecnologia de roteadores.

A camada de Transporte deve ser isolada do

número, do tipo e da topologia dos roteadores

presentes.

Os endereços de redes que se tornaram disponíveis

para a camada de transporte devem usar um

plano de numeração uniforme, mesmo na LANs e

WANs.

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6

Serviço Orientado a

Conexão ou sem?

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Serviço orientado a conexão X Serviço

sem conexão

7

Alega-se que a função do roteador é tão somente

movimentar pacotes

A sub-rede é inerente pouco confiável.

Os hosts devem aceitar o fato de que a rede é pouco

confiável e fazerem eles próprios o controle de erros e de confiável e fazerem eles próprios o controle de erros e de fluxo.

Esse ponto de vista

Conclusão: serviço de rede sem conexão. SEND PACKET, RECIEVE PACKET.

Nenhuma forma de ordenação de pacotes e controle de fluxo. Cada pacote deve ter o endereço de destino completo, pois

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Serviço orientado a conexão X Serviço

sem conexão

8

Por outro lado (companhias telefônicas) alega que

deve ser:

Serviço orientado a conexões confiável.

100 anos de experiência bem sucedida com o sistema

telefônico mundial serve como um bom guia.

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Implementação do serviço sem

conexões.

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Pacotes são injetados individualmente na sub-rede e

roteados de forma independentes uns dos outros.

Não é necessária nenhuma configuração antecipada.

Pacotes frequentemente chamados de datagrama

(analogia aos telegramas).

Sub-rede será denominada sub-rede de datagrama.

Serviço de conexão

Estabelecer um caminho desde o roteador de origem ao

roteador de destino.

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Implementação do Serviço Orientado

a conexões.

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Sub-rede de circuito virtual

Evita a necessidade de escolher

uma

nova rota para

cada pacote enviado.

Quando uma conexão é estabelecida

escolhe-se uma

rota desde a máquina de origem à máquina de destino

– essa rota é armazenada em tabelas internas dos

rota desde a máquina de origem à máquina de destino

– essa rota é armazenada em tabelas internas dos

roteadores.

A rota é usada por todo o trafégo que flui pela

conexão semelhante ao sistema telefônico.

Quando a conexão é liberada, o circuito virtual é

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Comparação entre sub-rede de

circuitos virtuais x datagramas

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Algoritmos de Roteamento

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É a parte do software da camada de rede

responsável pela decisão sobre a linha de saída a

ser utilizada na transmissão do pacote de entrada.

Datagrama

Decisão tomada a cada pacote recebido, pois a melhor

rota pode ter sido alterada desde a última vez.

Circuito virtual

Será tomada somente quando um novo circuito virtual tiver

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Algoritmos de Roteamento

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Roteaador tem dois processos no seu interior:

Trata cada pacote que chega, procurando a linha de saída

na tabela de roteamento (encaminhamento).

O outro responsável pelo preenchimento e atualização das

tabelas. (algoritmo de roteamento entra em cena) tabelas. (algoritmo de roteamento entra em cena)

Propriedades desejáveis em algoritmos de roteamentos Correção Simplicidade Robustez Estabilidade Equidade Otimização

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Equidade

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(Equidade significa o

uso da imparcialidade para

reconhecer o direito de cada um

, usando a

equivalência para se tornarem iguais, e vem do

latim “equitas”. A equidade

adapta a regra para

um determinado caso específico, a fim de deixá-la

mais justa

)

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Conflito entre equidade e otimização.

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Algoritmos de Roteamento: tipos

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Não-adaptativos

Não baseia-se suas decisões de roteamento em

medidas ou estimativas do tráfego e topologia atuais.

É calculada off-line, sendo transferida para o

roteadores quando a rede é inicializada. (roteamento

estático)

Adaptativos

Mudam suas decisões de roteamento para refletir mudanças

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Princípio da otimização

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Criar uma descrição de rotas ótimas sem levar em

conta a topologia ou tráfego de rede.

Se o roteador J estiver no caminho ótimo entre I e o

roteador K, o caminho ótimo de J até K também

estará na mesma rota.

Conjunto de rotas ótimas de todas as origens para

um determinado destino forma uma árvore com raiz

no destino. (Árvore de Escoamento).

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Princípio da otimização

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Roteamento do caminho mais curto

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As 5 primeiras etapas são usadas na computação do

caminho mais curto de A para D. As setas indicam o caminho através dos nós.

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Inundação (flooding)

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Algoritmo Estático

Cada pacote de entrada é enviado por todas as linhas

de saída, exceto para aquele que chegou.

Gera muitos pacotes duplicados

Infinitos – se nenhuma medida for tomada para tornar o Infinitos – se nenhuma medida for tomada para tornar o

processo mais lento

Contador de hop (passos) contido no cabeçalho de cada pacote Decrementado em cada hop

Descartado quando atingir zero

Inicializado com o comprimento do caminho desde a origem até o destino.

Se não souber o caminho, inicializa com o diâmetro total da sub-rede.

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Inundação (cont.)

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Técnica alternativa

Controlar quais pacotes já foram transmitidos

Evita de transmiti-los uma segunda vez. Lista em cada roteador para controle.

Se tiver nessa lista não será transmitido.

Inundação Seletiva

Roteador não envia para todos

Apenas para aqueles que provavelmente estão na direção

certa.

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Inundação (cont.)

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Aplicações

Militares

Muitos roteadores podem ser destruídos Robustez do algoritmo

Banco de dados distribuídos Banco de dados distribuídos

Redes sem fio (apenas do alcance) Unidade de medida

Sempre escolhe o de caminho mais curto.

Pois todos os caminhos possíveis são selecionados em paralelo. Nenhum algoritmos é capaz de produzir um retardo de menor

duração.

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Algoritmos Dinâmicos

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Leva em conta a carga atual da rede

Mais conhecidos

Roteamento com vetor de distância

Roteamento por estado de enlace

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Roteamento com vetor de distância

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Cada roteador mantém uma tabela

Fornece a melhor distância conhecida ate cada destino e

determina qual linha deve ser utilizada para se chegar lá.

Utilizado pela Arpanet

Tabela de roteamento indexada para cada roteador da

sub-rede. rede.

Contém uma entrada para cada roteador

Duas partes

Linha de saída preferencial

Estimativa de tempo ou da distância até o destino.

Unidade métrica

Número de hops (passos)

Retardo de tempo (milissegundos)

Número total d pacotes enfileirados ou Algo semelhante

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Roteamento por Vetor de Distância

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Uma subrede.

(b)Entradas para A, I, H, K, e a nova tabela de roteamento

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Problema da Contagem até o infinito

29

Reage com rapidez a boas notícias

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Roteamento por Vetor de Distância (2)

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Roteamento por Estado de Enlace

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A Arpanet substituiu por essse, após 1979.

Motivo das substituição

A unidade métrica era o retardo do comprimento da

fila

Não se levava em conta a largura da banda

Alguns algoritmos demoram muito tempo para convergir

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Roteamento por Estado de Enlace

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Descobrir os vizinhos, aprender os seus endereços

de rede.

Medir o tempo e o custo até cada um de seus

vizinhos.

Construir um pacote informando a seus vizinhos o

que foi aprendido.

Enviar este pacote a todos os vizinhos.

Calcular o caminho mais curto para todos os outros

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1 Conhecendo os vizinhos

33

Quando um roteador é inicializado

1ª Tarefa

Aprender quem são seus vizinhos.

Pacote Hello especial em cada linha

ponto a ponto

Roteador da outra extremidade deve

enviar de volta uma resposta

informando quem é.

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2 Como medir o custo da linha

35

Exige que cada roteador conheça o retardo para cada

um de seus vizinhos.

Forma mais simples

Pacote Echo.

Do outro lado retransmite de volta imediatamente. Do outro lado retransmite de volta imediatamente. Soma tempo de ida e volta e dividi por dois.

Resultado melhores

Realizar vários testes e calcular a média.

A carga deve ou não ser levada em conta?

O timer deve ser ligado quando o pacote Echo for enfileirado Para ignorar a carga, o timer deve ser iniciado quando o

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2 Como medir o custo

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3 Como criar pacotes de estado de

enlace

37

Obtidas as informações necessárias para a troca

Cada roteador criar um pacote que contenha todos

os dados

Identidade do transmissor

Número de sequência

Idade

Lista de Vizinho

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Construindo Pacotes de Estado Enlace

38

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4 Distribuição dos pacotes de estado

de enlace

39

Parte mais complicada do algoritmo

Distribuir os pacotes de forma confiável

Ideia fundamental

Algoritmo de inundação

Número da sequência que é incrementado Se for uma cópia será descartado.

Problemas

Números das sequencia repetirem

32 bits (137 anos) Roteador falhar

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5 Como calcular as novas rotas

40

Grafo da sub-rede completo

Algoritmo de Dijkstra

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Roteamento Hierárquico

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Redes aumentam -> Tabela de Roteamento aumenta

proporcionalmente

Memória – tabelas CPU

Mais largura de banda – para enviar relatório de status

A rede pode crescer até o ponto em que deixará de ser viável

cada roteador ter uma entrada correspondente a cada outro roteador

Roteamento Forma Hierárquica Rede Telefônica

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Roteamento Hierárquico

42

Roteadores divididos em regiões

Cada roteador conhece detalhes sobre como rotear

pacotes para destinos dentro de sua própria

região.

Diferentes redes interconectadas

Cada uma é vista com uma região diferente

Evita a necessidade de conhecer a estrutura topológica das

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Roteamento Hierárquico

43

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Roteamento Hierarquico

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Ganho de espaço não é gratuito

Preço a ser pago

Aumento do comprimento do caminho 1ª até 5C passa pela região 2

Roteamento hierárquico

Segue pela região 3 Segue pela região 3 Rede muito extensa

Quantos níveis a hierarquia deve ter? Sub-rede com 720 roteadores?

24 regiões de 30 roteadores cada uma

30 entradas locais

23 entradas remotas

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Roteamento por Difusão

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Envio de pacotes a todos os destinos simultaneamente

Broadcasting

Desperdiça largura de banda

Exige que a origem tenha um lista completa de todos os

destinos destinos

Algoritmos de inundação

Roteamento para vários destinos

Cada pacote contém uma lista de destino Árvore de Amplitude

Subconjunto da rede que inclui todos os roteadores, mas que não

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Roteamento por Difusão

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Encaminhamento pelo caminho inverso

O roteador verifica se o pacote chegou pela linha que

normalmente é utilizada pela para o envio de pacotes

à origem da difusão.

Se não foi pela preferencial será descartado como

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Roteamento por multidifusão

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