Nível de Rede. Nível de Rede. Disciplina: Redes de Computadores. Comutação de Pacotes - Store-and-Forward.

Transcrição

1 epartamento de iência da omputação U Nível de Rede isciplina: plicação presentação Sessão Nível de Rede Transporte Rede nlace Profa. ébora hristina Muchaluat Saade ísico ündereçamento üroteamento ütransmissão de unidades de dados do serviço de rede üsegmentação e blocagem üetecção e recuperação de erros üsequenciação üontrole de congestionamento üserviços orientado à conexão não orientado à conexão debora@midiacom.uff.br omutação de Pacotes Storeandorward Implementação de um Serviço sem onexão mbiente de um protocolo de rede ncaminhamento de datgramas fig 6 Implementação de um Serviço Orientado à onexão omparação entre ircuito Virtual e atagrama ncaminhamento de pacotes em um circuito virtual 4 8

2 ü ierárquico ü orizontal ndereçamento lgoritmos de Roteamento ü Para qual linha de saída do roteador deve ser encaminhado um pacote recebido? ü onexão de ircuito Virtual x atagrama ü Mapeamento do SP de Rede no endereço da estação Vinculação direta tabelas de conversão Vinculação dinâmica Protocolo de resolução de endereços ab. L Roteador L L L lgoritmos de Roteamento ü Propriedades esejáveis correto simples robusto estável justo ótimo ü O que otimizar? 4 minimizar a distância percorrida por cada pacote minimizar o retardo médio dos pacotes maximizar a vazão (throughput) total da rede minimizar o número de saltos (hops) lgoritmos de Roteamento ü nalogia com estudo de grafos Roteador = Nó nlace = resta ü Medidas de custo nos enlaces valor unitário (salto ou hop) distância 8 tempo médio de espera na fila de transmissão + tempo de transmissão propriamente dito capacidade de transmissão custo da linha de comunicação lgoritmos de Roteamento The Optimality Principle (a) subnet. (b) sink tree for router.

3 aminho mais urto (Shortest Path) ü iversos algoritmos na literatura para computar o caminho mais curto entre dois nós de um grafo [Tanenbaum 6, ijkstra ] ü aseiase no uso de uma métrica: número de saltos (hops) distância capacidade de transmissão tempo médio de espera na fila de transmissão + tempo de transmissão propriamente dito custo da linha de comunicação aminho mais urto ijkstra ü ada nó tem um rótulo que pode ser: tentativa permanente ü o rótulo mantém a menor distância ao nó origem usando o melhor caminho conhecido (inicialmente é infinito) ü quando descobrese que a distância ao nó origem é a menor dentre as tentativas, fazse o rótulo permanente aminho mais urto aminho mais urto Vizinhos:, Tentativas: Permanentes: 4 aminho mais urto aminho mais urto (, ) (, ) (, ) Vizinhos: Vizinhos: Tentativas: Tentativas:, Permanentes: 6 Permanentes:

4 aminho mais urto aminho mais urto (, ) (, ) (4, ) (, ) (, ) Vizinhos:, Vizinhos: Tentativas: Tentativas:, Permanentes:, 8 Permanentes:, aminho mais urto aminho mais urto (, ) (, ) (, ) (, ) (4, ) (4, ) (, ) (, ) Vizinhos: Vizinhos:, Tentativas:,, Tentativas:, Permanentes:, Permanentes:,, aminho mais urto aminho mais urto (, ) (, ) (, ) (, ) (4, ) (4, ) (, ) (, ) (, ) Vizinhos: Vizinhos: Tentativas:,, Tentativas:,, Permanentes:,, Permanentes:,, 4

5 aminho mais urto aminho mais urto (, ) (, ) (, ) (, ) (4, ) (, ) (4, ) (, ) (, ) (, ) (, ) Vizinhos: Vizinhos: Tentativas:, Tentativas:,, Permanentes:,, 4, Permanentes:,,, aminho mais urto aminho mais urto (, ) (, ) (, ) (, ) (4, ) (, ) (4, ) (, ) (, ) (, ) (, ) (, ) Vizinhos:, Vizinhos: Tentativas:, Tentativas:, Permanentes:,, 6,, Permanentes:,,,, aminho mais urto aminho mais urto (, ) (, ) (, ) (, ) (4, ) (, ) (4, ) (, ) (, ) (8, ) (, ) (8, ) Vizinhos: Vizinhos: Tentativas:, Tentativas: Permanentes:,, 8,, Permanentes:,,,,,

6 aminho mais urto aminho mais urto (, ) (, ) (, ) (, ) (4, ) (, ) (4, ) (, ) (, ) (, ) (, ) (8, ) (, ) (8, ) Vizinhos: Vizinhos: Tentativas:, Tentativas: Permanentes:,, 4,,, 4 Permanentes:,,,,,, aminho mais urto lgoritmos de Roteamento (, ) (, ) (4, ) (, ) (, ) (8, ) Vizinhos: Tentativas: (, ) ü aseiamse em uma estrutura de dados chamada TL de ROTS que possui os campos: endereço de destino custo do caminho (mais curto) até o destino linha de saída ü lassificamse de acordo com a forma de atualização da tabela: Não adaptativos (státicos ou por Rota ixa) daptativos (inâmicos) Permanentes:,, 4,,,, 4 lgoritmos de Roteamento Não daptativos (Roteamento stático ou por aminho ixo) ü Uma vez criadas as tabelas, as mesmas não são mais alteradas ü aminhos alternativos são utilizados apenas em caso de falhas ü spectos negativos Probabilidade alta de uma má utilização dos meios de comunicação ificuldade para manutenção e gerência looding

7 looding looding 48 4 looding looding ü rescimento exponencial do número de pacotes na rede ü xige a utilização de algum mecanismo de descarte dos pacotes para evitar que pacotes fiquem eternamente circulando na rede ontador de saltos no cabeçalho de cada pacote Nó guarda a informação dos pacotes que já foram repassados por ele Selective flooding ü Pouco prático, porém útil em algumas aplicações plicações militares (robustez do flooding é desejável) tualização de bancos de dados distribuídos Métrica de avaliação para outros algoritmos de roteamento (sempre utiliza o caminho mais curto, pois usa todos os caminhos em paralelo) lgoritmos de Roteamento daptativos (Roteamento inâmico) ü Rota escolhida de acordo com o arranjo topológico da rede, ou mesmo com a carga na rede ü tualização periódica das tabelas de rota Modo centralizado Modo distribuído lgoritmos de Roteamento inâmicos Modo istribuído ü Os nós trocam entre si suas respectivas informações locais para cálculo das tabelas de rota. nvio de informações pode ser feito Periodicamente m resposta a alterações nas informações dos enlaces ü xemplos de algoritmos istance Vector k State 6

8 istance Vector istance Vector ü Também conhecido pelos nomes de lgoritmo de roteamento de ellmanord lgoritmo de roteamento de ordulkerson ü lgoritmo de roteamento utilizado pelos primeiros protocolos de nível de rede ntigo algoritmo de roteamento da RPNT (até ) RIP (Routing Information Protocol, R 8) IPX (primeiras versões) net (primeiras versões) 6 6 istance Vector istance Vector es es L es L L L 4 es ü ada nó possui: identificador único custo de cada enlace ü O nó transmite o seu vetor de distâncias (com destino/custo) para cada um dos seus vizinhos sempre que o seu vetor se modifica (ou periodicamente) ü ada nó mantém o vetor de distâncias mais recente enviado por cada um de seus vizinhos ü ada nó calcula o seu próprio vetor de distâncias, minimizando o custo para cada destino ü O vetor de distâncias é recalculado sempre que: um vizinho enviar um vetor de distâncias contendo informações diferentes das anteriores houver a queda em um enlace para um vizinho. Nesse caso, o vetor de distâncias desse vizinho é descartado para que o vetor de distâncias do nó seja recalculado 64 6 istance Vector istance Vector es es es es es es

9 68 istance Vector es es es () es 6 istance Vector es es es () es istance Vector es es es () es istance Vector es es () es () es es istance Vector es es () es () es es istance Vector es es () es () es es

10 istance Vector istance Vector es es () es es es 8 es () es es () es () es () es () es 4 istance Vector istance Vector es 8 () () es es 8 es () es 8 () es 8 es () () es es 8 8 ü Vantagens Simplicidade Tempo de convergência baixo quando a rede opera bem ü Principal desvantagem Tempo de convergência muito alto quando ocorrem problemas na rede Problema da contagem para infinito (counttoinfinity problem) 6 istance Vector istance Vector es es es es es es es es es es es es es es 8

11 8 istance Vector es es es es es 8 istance Vector es es es es es 8 istance Vector es es es es es 84 istance Vector es es 4 es es es 8 istance Vector es es 4 es es es 86 istance Vector es es 4 es es 4 es

12 istance Vector istance Vector Split orizon & Poison Reverse ü iversas propostas para melhorar a questão do tempo de convergência [Perlman ] Split orizon: a distância ao nó X não é reportada na linha por onde pacotes com destino X são encaminhados poison reverse: a distância é reportada como sendo infinito ü Nenhuma das propostas resolve a questão satisfatoriamente es es es es es es es 8 istance Vector Split orizon & Poison Reverse istance Vector Split orizon & Poison Reverse es es es es es es es es es es es es 4 istance Vector Split orizon & Poison Reverse istance Vector Split orizon & Poison Reverse es es es es es es es es es es 6

13 istance Vector Split orizon & Poison Reverse es es es es k State es 8 k State k State ü topologia completa e todos os custos (p.e., retardos medidos experimentalmente) são distribuídos para cada roteador ü epois de possuir o mapa completo da topologia, cada roteador pode rodar o algoritmo de ijkstra para encontrar o caminho mais curto para cada outro roteador ü ada roteador deve. escobrir os seus vizinhos e aprender seus endereços de rede. eterminar o custo para alcançar cada um deles.. onstruir um pacote, denominado link state packet LSP, contendo uma lista dos vizinhos com os respectivos custos. 4. ifundir seu LSP para todos os outros roteadores da rede, armazenando os mais recentes LSPs recebidos dos demais roteadores.. omputar a melhor rota (caminho mais curto) para cada um dos roteadores. k State Identificação dos Vizinhos ü nlaces pontoaponto Troca de pacotes especiais de identificação (pacotes LLO) ü LNs conectando roteadores onsiderar a LN como um nó artificial (LN designated router) k State eterminando o custo de cada linha ü xemplo com custo=retardo: Pacote especial O é enviado em cada linha Outra ponta deve respondêlo imediatamente retardo medido é dividido por teste realizado várias vezes, e depois a média é computada considera ou não o tempo de espera na fila (carga do enlace) (a) Nine routers and a LN. (b) graph model of (a).

14 ormato do LSP k State onstrução do LSP ndereço de Origem (Identificação do nó) Número de sequência Tempo de vida ndereço do usto Vizinho ndereço do usto Vizinho ü Um nó gera um novo LSP em várias situações: Periodicamente Logo que descobre um novo vizinho Logo que cai um enlace de comunicação com um vizinho Logo que o custo de um enlace para um vizinho existente é alterado k State ifusão do LSP 6 ü Parte mais complexa e crítica do algoritmo arantir uma consistência nos conjuntos de LSPs de cada nó vitar que os LSPs se multipliquem de uma forma desordenada arantir a confiabilidade (correção e ordenação) na entrega dos LSPs ü vitar a propagação dos LSPs utilizando informações de roteamento da rede para não criar um problema recursivo looding (adaptado) k State ifusão do LSP ü looding para distribuir LSPs ü cada pacote contém um número de sequência ( bits) incrementado a cada novo LSP enviado ü roteadores guardam pares (roteador_origem, número_sequência) que recebem ü quando chega um LSP: se for novo (número de seqüência maior que o armazenado), é encaminhado em todas as portas exceto a de origem se for duplicata, é descartado se tiver número de sequência menor que o armazenado para aquela origem, é descartado como obsoleto. k State ifusão do LSP ü Problemas: reiniciar número de sequência se um roteador falhar, perderia a sequência e pacotes seriam encarados como duplicata erro de transmissão no número de sequência ü Solução: tempo de vida no pacote, decrementado por cada roteador que o repassa ou o está armazenando quando a idade chegar a zero, o roteador deleta os dados associados ao LSP (vizinhos e custos) e retransmite o cabeçalho do LSP para cada um de seus vizinhos todo LSP deve ser reconhecido (ack), para isso, cada roteador quarda dois flags para cada linha de saída para cada LSP (um indica que o LSP deve ser retransmitido e o outro indica que um ack deve ser enviado) 8 LSP Roteador_origem n_seq tempo_de_vida ifusão de LSPs lags Send ck Vizinho_ Vizinho_ Vizinho_ k State álculo das Rotas ü eito baseandose no conjunto de LSPs recebidos ü ada roteador constrói a topologia completa ü lgoritmo normalmente utilizado é o algoritmo de ijkstra, executado localmente, para descobrimento do caminho mais curto Tabela em cada roteador para manter o controle de envio e recebimentos de LSPs 4

15 k State k State es es es es es es es es es es es es es es es es es es es es es es es es es es es es 4 es 4 es es es es es es es es es es es 4 k State ü xemplos de protocolo de roteamento baseados em link state Novo protocolo de roteamento da RPNT ISIS (Intermediate SystemIntermediate System originado do net fase V e adotado como padrão pela ISO LNP) OSP (Open Shortest Path irst R 8) NLSP (NetWare k Services Protocol) (Novell IPX) PNNI (Private NetworktoNetwork Interface) istance Vector x k State ü Principais vantagens do algoritmo link state Menor tempo de convergência Mais fácil inferir a topologia da rede Mais fácil identificar falhas em enlaces da rede Permite de forma trivial que a rede opere com roteamento na origem ü Principal vantagem do algoritmo distance vector Simplicidade 6 Roteamento ierárquico Roteamento ierárquico ü rescimento das redes pode levar a um crescimento das tabelas que as tornam intratáveis ü ividir os nós em regiões, com cada nó capaz de manter as informações de rotas das regiões a que pertence ü O agrupamento pode ser feito utilizando um número arbitrário de níveis regiões, clusters, zonas, grupos, etc. I K est ops 4 I K 4 Tabela de Rotas de

16 Roteamento ierárquico Roteamento ierárquico Região est ops I Reg. Região K Região 4 Reg. Reg. 4 Tabela de Rotas de Região 4 Roteamento por ifusão (roadcasting) Reverse Path orwarding ü Um pacote para cada nó de destino (origem deve ter lista completa de destinos) ü looding (gera muitos pacotes e consome muita largura de banda) ü Pacotes contendo múltiplos destinos (cada roteador encaminha o pacote na melhor rota, adaptando a lista de destinos conforme necessário) ü Spanning tree contendo todos os roteadores (às vezes a spanning tree é conhecida, LSR, às vezes não, VR) ü Reverse Path orwarding I Um nó só propaga o pacote de difusão recebido de um nó X, se o pacote chegar pela linha que o nó utilizaria para transmitir dados para o nó X, caso contrário, o pacote é descartado como sendo duplicata. 8 Reverse Path orwarding Reverse Path orwarding I I I I Spanning Tree 6

17 Reverse Path orwarding Reverse Path orwarding I I I I I I I roadcast Routing Reverse path forwarding. (a) subnet. (b) a Sink tree. (c) The tree built by reverse path forwarding.