CAMADA DE REDES. Fabrício de Sousa Pinto

Transcrição

1 CAMADA DE REDES Fabrício de Sousa Pinto

2 Introdução 2 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. Lidar com problemas de redes diferentes.

3 3 Comutação de Pacotes: Store-andforward Equipamentos da concessionária de comunicações Roteadores conectados por linhas de transmissão (Parte cinza da Figura do slide 4) Equipamentos do cliente (mostrado fora da elipse)

4 4 Comutação de Pacotes: Store-andforward

5 5 Serviços Oferecidos à Camada de Transporte 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.

6 6 Serviço Orientado a Conexão ou sem?

7 7 Serviço orientado a conexão X Serviço sem conexão 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 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 todos são transportados independentes dos predecessores.

8 Serviço orientado a conexão X Serviço 8 sem conexão 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. Qualidade do serviço é fator dominante.

9 9 Implementação do serviço sem conexões. 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. Circuito virtual

10 10

11 11 Implementação do Serviço Orientado a conexões. 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 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 liberado

12 12

13 13 Comparação entre sub-rede de circuitos virtuais x datagramas

14 Algoritmos de Roteamento 14 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 sendo estabelecido. (roteamento por sessão).

15 Algoritmos de Roteamento 15 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) Propriedades desejáveis em algoritmos de roteamentos Correção Simplicidade Robustez Estabilidade Equidade Otimização

16 Equidade 16 (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)

17 17 Conflito entre equidade e otimização.

18 Algoritmos de Roteamento: tipos 18 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 na topologia e, normalmente, também no tráfego.

19 Princípio da otimização 19 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). Número de hops

20 Princípio da otimização 20 (a)uma Sub-rede. (b)uma árvore de roteamento para (a).

21 Roteamento do caminho mais curto 21 As 5 primeiras etapas são usadas na computação do caminho mais curto de A para D. As setas indicam o caminho através dos nós.

22 Inundação (flooding) 22 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 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 subrede.

23 23

24 Inundação (cont.) 24 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. Norte-> sul

25 Inundação (cont.) 25 Aplicações Militares Muitos roteadores podem ser destruídos Robustez do algoritmo 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. Desvantagem: overhead

26 Algoritmos Dinâmicos 26 Leva em conta a carga atual da rede Mais conhecidos Roteamento com vetor de distância Roteamento por estado de enlace

27 Roteamento com vetor de distância 27 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. 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

28 (b)entradas para A, I, H, K, e a nova tabela de roteamento para J. Roteamento por Vetor de Distância 28 Uma subrede.

29 Problema da Contagem até o infinito 29 Reage com rapidez a boas notícias Reage devagar a más notícias

30 Roteamento por Vetor de Distância (2) 30 Problema da contagem até o infinito.

31 Roteamento por Estado de Enlace 31 A Arpanet substituiu por essse, após 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 Prob. da contagem até o infinito

32 Roteamento por Estado de Enlace 32 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 roteadores.

33 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. Nome globalmente exclusivos

34 34

35 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 pacote Echo atingir o início da fila.

36 36 2 Como medir o custo

37 3 Como criar pacotes de estado de 37 enlace 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 É fornecido o retardo referente a cada vizinho.

38 Construindo Pacotes de Estado Enlace 38 (a) Uma subrede. (b) Os pacotes de estado de enlace para esta subrede.

39 39 4 Distribuição dos pacotes de estado de enlace Parte mais complicada do algoritmo Distribuir os pacotes de forma confiável Ideia fundamental Algoritmo de inundação 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

40 5 Como calcular as novas rotas 40 Grafo da sub-rede completo Algoritmo de Dijkstra Caminho mais curto

41 Roteamento Hierárquico 41 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

42 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 outras redes

43 43 Roteamento Hierárquico

44 Roteamento Hierarquico 44 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 Total de 53 entradas

45 Roteamento por Difusão 45 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 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 contém nenhum loop.

46 Roteamento por Difusão 46 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 provável duplicata.

47 Roteamento por multidifusão 47 Envio de mensagens a um determinado grupo