Rede. Nível de Rede. Nível de Rede. Disciplina: Redes de Computadores I. and-forward Packet Switching. Store-and

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1 epartamento de ngenharia de Telecomunicações U isciplina: Redes de omputadores I Nível de Rede Profa. ébora hristina Muchaluat Saade deborams@telecom.uff.br br plicação presentação Sessão Transporte Rede nlace ísico Nível de Rede Redes de omputadores I ndereçamento Roteamento Transmissão de unidades de dados do serviço de rede Segmentação e blocagem etecção e recuperação de erros Seqüenciação ontrole de congestionamento Serviços orientado à conexão não orientado à conexão Storeand andorward Packet Switching Redes de omputadores I The environment of the network layer protocols. Implementation of onnectionless Service Routing within a datagram subnet. Redes de omputadores I fig 6

2 Implementation of onnectionoriented Service Routing within a virtualcircuit subnet. Redes de omputadores I omparison of Virtualircuit and atagram Subnets Redes de omputadores I 4 8 ierárquico orizontal ndereçamento Redes de omputadores I lgoritmos de Roteamento Redes de omputadores I Para qual linha de saída do roteador deve ser encaminhado um pacote recebido? onexão de ircuito Virtual x atagrama 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

3 lgoritmos de Roteamento 4 Redes de omputadores I Propriedades ejáveis correto simples robusto estável justo ótimo O que otimizar? minimizar a distância percorrida por cada pacote minimizar o retardo médio dos pacotes maximizar a vazão (throughput( throughput) ) total da rede minimizar o número de saltos (hops( hops) lgoritmos de Roteamento 8 Redes de omputadores I nalogia com estudo de grafos Roteador = Nó nlace = resta Medidas de custo nos enlaces valor unitário (salto ou hop) distância tempo médio de espera na fila de transmissão + tempo de transmissão propriamente dito capacidade de transmissão custo da linha de comunicação lgoritmos de Roteamento Redes de omputadores I The Optimality Principle (a) subnet. (b) sink tree for router. Redes de omputadores I

4 aminho mais urto (Shortest Path) Redes de omputadores I iversos algoritmos na literatura para computar o caminho mais curto entre dois nós de um grafo [Tanenbaum 6, ijkstra ] 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 ada nó tem um rótulo que pode ser: tentativa permanente Redes de omputadores I o rótulo mantém a menor distância ao nó origem usando o melhor caminho conhecido (inicialmente é infinito) quando descobrese se que a distância ao nó origem é a menor dentre as tentativas, fazse o rótulo permanente aminho mais urto Redes de omputadores I aminho mais urto Redes de omputadores I (, ) (, ) (, ) (, ) (, ) (, ) (, ) (, ) (, ) (, ) (, ) (, ) (, ) (, ) Vizinhos:, Tentativas: Permanentes: 4

5 aminho mais urto aminho mais urto Redes de omputadores I Redes de omputadores I (, ) (, ) (, ) (, ) (, ) (, ) (, ) (, ) (, ) (, ) (, ) (, ) (, ) (, ) Vizinhos: Tentativas: Permanentes: 6 Permanentes: Vizinhos: Tentativas:, Permanentes: aminho mais urto aminho mais urto Redes de omputadores I Redes de omputadores I (, ) (, ) (, ) (, ) (, ) (, ) (4, ) (, ) (, ) (, ) (, ) (, ) (, ) (, ) Vizinhos:, Tentativas: Permanentes:, 8 Permanentes:, Permanentes:, Vizinhos: Tentativas:, Permanentes:,

6 aminho mais urto aminho mais urto Redes de omputadores I Redes de omputadores I (, ) (, ) (, ) (, ) (4, ) (, ) (4, ) (, ) (, ) (, ) (, ) (, ) (, ) (, ) Vizinhos: Tentativas:,, Permanentes:, Permanentes:, Vizinhos:, Tentativas:, Permanentes:,, aminho mais urto aminho mais urto Redes de omputadores I Redes de omputadores I (, ) (, ) (, ) (, ) (4, ) (, ) (4, ) (, ) (, ) (, ) (, ) (, ) (, ) (, ) Vizinhos: Tentativas:,, Vizinhos: Tentativas:,, Permanentes:,, Permanentes:,,

7 aminho mais urto aminho mais urto Redes de omputadores I Redes de omputadores I (, ) (, ) (, ) (, ) (4, ) (, ) (4, ) (, ) (, ) (, ) (, ) (, ) (, ) (, ) Vizinhos: Tentativas:, Permanentes:,,, Permanentes:,,, 4 Permanentes:,,, Vizinhos: Tentativas:,, aminho mais urto aminho mais urto Redes de omputadores I Redes de omputadores I (, ) (, ) (, ) (, ) (4, ) (, ) (4, ) (, ) (, ) (, ) (, ) (, ) (, ) (, ) Vizinhos:, Tentativas:, Vizinhos: Tentativas:, Permanentes: 6,,,, Permanentes:,,,,

8 aminho mais urto aminho mais urto Redes de omputadores I Redes de omputadores I (, ) (, ) (, ) (, ) (4, ) (, ) (4, ) (, ) (, ) (, ) (, ) (8, ) (, ) (8, ) Vizinhos: Tentativas:, Permanentes:,,,, Permanentes:,,,,, 8 Permanentes:,,,, Vizinhos: Tentativas: aminho mais urto aminho mais urto Redes de omputadores I Redes de omputadores I (, ) (, ) (, ) (, ) (4, ) (, ) (4, ) (, ) (, ) (, ) (, ) (8, ) (, ) (8, ) Vizinhos: Tentativas:, Vizinhos: Tentativas: Permanentes: 4,,,,, 4 Permanentes:,,,,,,

9 aminho mais urto lgoritmos de Roteamento Redes de omputadores I Redes de omputadores I (, ) (, ) (8, ) Vizinhos: Tentativas: 4 Permanentes:,,,,,, (4, ) (, ) (, ) (, ) 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 lassificamse se de acordo com a forma de atualização da tabela: Não adaptativos (státicos ou por Rota ixa) daptativos (inâmicos) Permanentes:,,,,,, 4 lgoritmos de Roteamento Não daptativos (Roteamento stático ou por aminho ixo) Redes de omputadores I Uma vez criadas as tabelas, as mesmas não são mais alteradas aminhos alternativos são utilizados apenas em caso de falhas spectos negativos Probabilidade alta de uma má utilização dos meios de comunicação ificuldade para manutenção e gerência looding Redes de omputadores I 46 4

10 looding looding Redes de omputadores I Redes de omputadores I 48 4 looding looding Redes de omputadores I Redes de omputadores I rescimento exponencial do número de pacotes na rede 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 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 Métrica de avaliação para outros algoritmos de roteamento (sempre utiliza o caminho mais curto, pois usa todos os caminhos em paralelo)

11 lgoritmos de Roteamento daptativos (Roteamento inâmico) Redes de omputadores I Rota escolhida de acordo com o arranjo topológico da rede, ou mesmo com a carga na rede tualização periódica das tabelas de rota Modo distribuído lgoritmos de Roteamento inâmicos Modo istribuído Redes de omputadores I 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 xemplos de algoritmos istance Vector k State 6 istance Vector Redes de omputadores I istance Vector Redes de omputadores I Também conhecido pelos nomes de lgoritmo de roteamento de ellmanord lgoritmo de roteamento de ordulkerson ulkerson 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

12 istance Vector istance Vector Redes de omputadores I Redes de omputadores I L L L L 4 ada nó possui: identificador único custo de cada enlace 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) ada nó mantém o vetor de distâncias mais recente enviado por cada um de seus vizinhos ada nó calcula o seu próprio vetor de distâncias, minimizando o custo para cada destino 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 Redes de omputadores I Redes de omputadores I 66 6

13 istance Vector istance Vector Redes de omputadores I Redes de omputadores I () () 68 6 istance Vector istance Vector Redes de omputadores I Redes de omputadores I () () ()

14 Redes de omputadores I Redes de omputadores I istance Vector istance Vector () () Redes de omputadores I Redes de omputadores I istance Vector istance Vector () () 4 Redes de omputadores I Redes de omputadores I istance Vector istance Vector () () () Redes de omputadores I Redes de omputadores I istance Vector istance Vector 8 () () ()

15 istance Vector istance Vector () () 8 8 () 8 () 8 Redes de omputadores I () () 8 8 Vantagens Simplicidade Redes de omputadores I Tempo de convergência baixo quando a rede opera bem Principal desvantagem Tempo de convergência muito alto quando ocorrem problemas na rede Problema da contagem para infinito (count( counttoinfinity problem) 6 istance Vector istance Vector Redes de omputadores I Redes de omputadores I 8

16 istance Vector istance Vector Redes de omputadores I Redes de omputadores I 8 8 istance Vector istance Vector Redes de omputadores I Redes de omputadores I

17 istance Vector istance Vector Redes de omputadores I Redes de omputadores I istance Vector istance Vector Split orizon & Poison Reverse Redes de omputadores I Redes de omputadores I 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 Nenhuma das propostas resolve a questão satisfatoriamente 8

18 istance Vector Split orizon & Poison Reverse Redes de omputadores I istance Vector Split orizon & Poison Reverse Redes de omputadores I 4 istance Vector Split orizon & Poison Reverse Redes de omputadores I istance Vector Split orizon & Poison Reverse Redes de omputadores I 6

19 istance Vector Split orizon & Poison Reverse Redes de omputadores I Redes de omputadores I k State 8 k State topologia completa e todos os custos (p.e., retardos medidos experimentalmente) são distribuídos para cada roteador Redes de omputadores I 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 ada roteador deve k State Redes de omputadores I. cobrir 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.

20 k State Identificação dos Vizinhos nlaces pontoaponto Redes de omputadores I Troca de pacotes especiais de identificação (pacotes LLO) LNs conectando roteadores onsiderar a LN como um nó artificial (LN( designated router) k State eterminando o custo de cada linha xemplo com custo=retardo: Redes de omputadores I 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). ormato do LSP k State onstrução do LSP ndereço de Origem (Identificação do nó) Número de seqüência Tempo de vida ndereço do usto Vizinho ndereço do usto Vizinho Redes de omputadores I 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 Redes de omputadores I 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 vitar a propagação dos LSPs utilizando informações de roteamento da rede para não criar um problema recursivo looding (adaptado)

21 k State ifusão do LSP Redes de omputadores I looding para distribuir LSPs cada pacote contém um número de seqüência ( bits) incrementado a cada novo LSP enviado roteadores guardam pares (roteador_origem, número_seqüência) que recebem 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 seqüência menor que o armazenado para aquela origem, é descartado como obsoleto. k State ifusão do LSP Redes de omputadores I Problemas: reiniciar número de seqüência se um roteador falhar, perderia a seqüência e pacotes seriam encarados como duplicata erro de transmissão no número de seqüência 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_ Redes de omputadores I Vizinho_ k State álculo das Rotas Redes de omputadores I eito baseandose no conjunto de LSPs recebidos ada roteador constrói a topologia completa 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

22 k State k State Redes de omputadores I 4 4 Redes de omputadores I 4 k State Redes de omputadores I 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 Networkto tonetwork Interface) istance Vector x k State Principais vantagens do algoritmo link state Menor tempo de convergência Mais fácil inferir a topologia da rede Redes de omputadores I Mais fácil identificar falhas em enlaces da rede Permite de forma trivial que a rede opere com roteamento na origem Principal vantagem do algoritmo distance vector Simplicidade 6

23 Roteamento ierárquico Roteamento ierárquico rescimento das redes pode levar a um crescimento das tabelas que as tornam intratáveis Redes de omputadores I ividir os nós em regiões, com cada nó capaz de manter as informações de rotas das regiões a que pertence O agrupamento pode ser feito utilizando um número arbitrário de níveis regiões, clusters, zonas, grupos, etc. J I K t I J K Redes de omputadores I ops 4 4 Tabela de Rotas de Roteamento ierárquico ierarchical Routing Região Redes de omputadores I ierarchical routing. Redes de omputadores I Região J I K Região 4 t Reg. Reg. Reg. 4 ops Tabela de Rotas de Região 4

24 Roteamento por ifusão (roadcasting) Redes de omputadores I Reverse Path orwarding Redes de omputadores I Um pacote para cada nó de destino (origem deve ter lista completa de destinos) looding (gera muitos pacotes e consome muita largura de banda) Pacotes contendo múltiplos destinos (cada roteador encaminha o pacote na melhor rota, adaptando a lista de destinos conforme necessário) Spanning tree contendo todos os roteadores (às vezes a spanning tree é conhecida, LSR, às vezes não, VR) Reverse Path orwarding J 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 Redes de omputadores I Redes de omputadores I I I I I J J J Spanning Tree

25 Reverse Path orwarding Reverse Path orwarding Redes de omputadores I Redes de omputadores I I I I I J J J I I J J J I J J J roadcast Routing Redes de omputadores I Reverse path forwarding. (a) subnet. (b) a Sink tree. (c) The tree built by reverse path forwarding.