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Protocolos de Roteamento – Entenda como funciona

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Breve resumo do funcionamento dos protocolos de roteamento, quais são os tipos e como funcionam. Nos próximos post detalharei cada um RIP, OSPF, BGP, EIGRP e IGRP.

Protocolos de Roteamento

O roteamento é o processo pelo qual um roteador conhece o caminho que um frame deve seguir para alcançar seu destino. Para que o processo funcione, o roteador deve conhecer o endereço de destino, identificar as fontes de informação, descobrir rotas, selecionar rotas e manter informações de roteamento. Esta informação pode ser estática, dinâmica ou padrão (default).

Para que o processo de roteamento seja cumprido, é necessário que:

  • O pacote é identificado com um endereço de destino que o roteador pode entender (IP, IPX, etc.).
  • Este endereço de destino deve ser entendido pelo roteador. Se você não conhece o destino, ele enviará um pacote ICMP para a origem, notificando esta situação e descartando o pacote. Pode haver uma rota padrão.
  • O roteador deve conhecer a interface de saída para alcançar o próximo salto ligado a essa rede. Se é conhecido por mais de uma interface, a métrica é comparada, uma métrica baixa indica um caminho melhor. Se eles tiverem a mesma métrica, o balanceamento de carga será executado por eles (até 6 links). Uma vez que a interface é conhecida, o pacote é encapsulado em um tipo de quadro específico para ser enviado através da interface apropriada.

Os protocolos de roteamento mantêm uma rede livre de loops, obtendo a melhor maneira de alcançar um destino. A diferença entre os protocolos de roteamento é a definição do “melhor caminho”, enquanto que para alguns é o número de saltos, para outros pode ser a largura de banda do link. Desta forma, cada roteador coloca as redes conhecidas com um valor de métrica, calculado de acordo com os critérios do protocolo, e esse valor é adicionado, pois deve passar por outros roteadores na rede. Por exemplo, a métrica para RIP é o número de saltos enquanto a métrica para IGRP é a largura de banda, atraso, confiabilidade, carga e MTU.

Embora seja entendido que os protocolos de roteamento pertencem à camada de rede, isso depende da maneira como eles têm que trabalhar. Por exemplo, IGRP pertence à camada de transporte (número de protocolo 9) e RIP pertence à camada de aplicação (funciona com a porta UDP 520)

Os protocolos de roteamento são caracterizados pela informação que eles trocam entre pares de roteadores. Os protocolos podem enviar atualizações periódicas ou ter um mecanismo hello e alterar informações sobre links ou rotas.

As limitações dos protocolos de roteamento são o limite nas métricas (por exemplo, o RIP suporta apenas 15 saltos) e o tempo de convergência. O tempo de convergência depende dos temporizadores, do diâmetro e da complexidade da rede, da frequência em que os protocolos enviam as atualizações, das características do protocolo de roteamento e tem dois componentes: o tempo necessário para detectar uma falha e o tempo necessário para selecionar uma nova rota.

Com base nas suas propriedades, um protocolo de roteamento pode ser:

  • Estático ou dinâmico
  • Interior ou Exterior
  • Vetor distancia, estado do link ou híbrido
  • Hierárquico ou plano

 

Protocolos de Roteamento - Entenda como funciona

Rotas estáticas

As rotas estáticas são definidas como roteador para roteador e não podem responder a alterações de topologia (exceto se elas são definidas apontando para uma interface, que em caso de queda a rota desaparece da tabela). A vantagem é que ele não gera sobrecarga para o tráfego de roteamento. Nas redes de stub (sem outra saída), recomenda-se o uso de rotas estáticas.

As rotas estáticas são definidas pelo administrador com o seguinte comando, onde o parâmetro permanente informa ao roteador que a rota deve permanecer mesmo se a interface for reduzida.

ip route [network] [mask] {address | interface} [distance] [permanent].

 Um caso particular de rotas estáticas é a rota padrão, tanto a rede de destino como a máscara são identificadas como 0.0.0.0.

Outra maneira de definir a rota padrão é com o comando ip default-network [network]. Este comando indica que a rota a seguir para alcançar a rede indicada é a mesma que para os destinos que não estão na tabela de rotas.

O comando ip default-network pode ser usado somente se o protocolo ativado no roteador for IP. Se for outro protocolo e o IP estiver desativado (não roteamento IP), você pode usar o comando ip default-gateway.

Protocolos dinâmicos

Os protocolos dinâmicos permitem que os roteadores aprendam a topologia da rede um do outro. As rotas dinâmicas são aprendidas automaticamente pelo roteador graças à intervenção de um protocolo de roteamento, que são protocolos de camada de rede. Todas as rotas são armazenadas na tabela de roteamento, na qual as seguintes informações estão incluídas:

  • Mecanismo pelo qual a rede é conhecida
  • Rede de destino
  • Distância administrativa do protocolo
  • Métrica
  • Direção do próximo salto
  • Tempo desde que essa rota foi aprendida ou atualizada
  • Interface de saída

Além dos anúncios, o roteador gera a tabela de rota com base nas seguintes informações:

  • Rotas estáticas
  • Configuração da interface
  • Estado das interfaces
  • Protocolos de roteamento dinâmico
  • ARP e ARP reverso
  • Redistribuição entre protocolo
  • Listas de acesso

A tabela de rota é armazenada para que a pesquisa seja mais eficiente. Pode haver várias rotas para o mesmo destino (balanceamento de carga). O comando show ip route mostra-os e o comando clear ip route os remove da tabela (eles serão aprendidos novamente)

Protocolos interiores ou exteriores

Existem dois tipos de protocolos de roteamento, interno (IGP) e externo (EGP). São definidos sistemas autônomos, que são as áreas administrativas onde um protocolo funcionará. Os sistemas autónomos para EGP são atribuídos pela IANA (Internet Assigned Numbers Authority) e, mais especificamente:

  • ARIN (Registro Americano de Números de Internet) nos Estados Unidos, Caribe e África.
  • RIPE-NIC (Reseaux IP europeennes-Network Information Center) para a Europa.
  • AP-NIC (Asia Pacific NIC) para a Ásia

Um protocolo de roteamento é interno quando pertence ao mesmo administrador e externo para conectar redes gerenciadas separadamente.

Protocolos vetor distância

Também chamado de algoritmos Bellman-Ford-Fullkerson. Toda a tabela de roteamento é passada por cada interface periodicamente. Cada roteador recebe e envia sua tabela de roteamento para seus vizinhos diretos. Este mecanismo é conhecido como “routing por rumor”. RIP, RIPv2, IGRP e AppleTalk AURP são protocolos de vetores de distância. Eles são mais usados ​​em redes pequenas ou médias.

Esses protocolos são classfull, o que implica que a consolidação de rotas (compactação) é sempre feita na fronteira da rede. A maioria deles (exceto RIPv2) não suporta redes descontínuas.

Cada roteador aumenta a métrica no valor que ele provoca ao enviar uma atualização. Por exemplo, se a distância for o número de saltos, você aumentará a tabela inteira em 1 antes de passá-la para o vizinho.

Cada roteador escolherá a rota que chega com uma melhor métrica. A rota pode ser determinada com base em um ou mais dos seguintes parâmetros:

  • Número de saltos
  • Ticks, que é uma medida de tempo para determinar o atraso.
  • Custo, um valor definido pelo administrador com base no custo do link, por exemplo;
    • Largura de banda
    • Atraso
    • Carga
    • Confiabilidade
    • MTU (unidade de transmissão máxima), tamanho máximo de pacote que pode ser percorrido pelo link.

As trocas de rotas são facilmente interpretáveis ​​por um analisador.

Processo de convergência:

  • Uma falha na rede é detectada
  • O roteador que detectou isso envia uma atualização acionada que indica que a rede não está acessível.
  • Isso é enviado para os roteadores adjacentes, que, por sua vez, enviam outra atualização acionada para os próprios.
  • Os roteadores continuam enviando suas atualizações periódicas.

No caso de uma convergência lenta, podem ocorrer loops no caminho a seguir ao longo de uma rota caída. Se uma rede diretamente conectada a um roteador falhar, e seu vizinho anuncia sua tabela de rotas, você pode ver um caminho alternativo para esta rede através do seu vizinho, que anuncia novamente a rede que ele havia anunciado anteriormente, mas com uma métrica (número de saltos) maior. Esta situação permaneceria indefinidamente, anunciando a rota de uma para outra. Existem várias soluções possíveis para este problema:

  • Defining a maximun (Counting to Infinity): solução para o problema anterior é definir um valor máximo para a métrica e, a partir desse momento, a rede é considerada inacessível. Por exemplo, se o número máximo de saltos for 15, e para 16, a rede é considerada inacessível, o loop pode ser repetido no máximo 15 vezes, mas seria resolvido para tentar 16.
  • Split Horizon: Outra maneira de eliminar esse problema é construir a idéia de que anunciar uma rota para o mesmo roteador que o anunciou antes é inútil. Desta forma, as rotas nunca são anunciadas pela interface através da qual foram aprendidas.
  • Poison Reverse: é semelhante ao horizonte dividido, mas as rotas são anunciadas por todas as interfaces, marcadas com uma métrica que as torna inacessíveis (métrica infinita).
  • Hold-down timer: quando um roteador recebe uma rota como inalcançável (poison reverse), inicia um temporizador chamado temporizador de retenção (Hold-down timer). Durante este tempo, não aceitará nenhuma outra rota para o mesmo destino, a menos que tenha uma métrica melhor que a que já havia configurado antes do envenenamento. Em todo esse tempo, a rota é marcada como “possivelmente caindo” e continua a usá-la para passar o tráfego. Se o temporizador de retenção terminar e você não recebeu uma rota melhor, ele o remove completamente da tabela de roteamento e permite que um novo anúncio indique que a rede está ativa novamente. Desta forma, se outro roteador que não sabe que a rede foi descartada é anunciado como ativo, o roteador irá ignorar essas informações.

Com estas técnicas, o problema dos loops é resolvido, mas o tempo de convergência aumenta demais. À medida que as atualizações das tabelas de rotas são feitas periodicamente, e uma vez que o anúncio é recebido, os processos que vimos começam, o tempo de convergência total torna-se muito grande. Para evitar isso, a técnica chamada Triggered update é usada, com a qual, assim que uma mudança na topologia da rede é conhecida, a nova tabela de rotas é enviada imediatamente, sem aguardar o momento em que deveria ter sido enviado regularmente. Se um roteador receber uma Triggered update, ele inicia o temporizador de retenção, para evitar que outras informações acreditam que a rede está em funcionamento.

O Hold down é ajustado se:

  • expira
  • O roteador recebe uma tarefa proporcional ao número de links na rede
  • Uma atualização é recebida indicando que o status da rede mudou.

Todas essas técnicas são implementadas em conjunto, para aumentar a confiabilidade e a velocidade na convergência da rede.

Protocolos link state

Nos protocolos do estado do link, os roteadores geram informações sobre si mesmos (endereços IP, tipos de interface e status das interfaces (up / down) e transmitem a todos os roteadores na rede em mensagens chamadas LSA (Link State Advertisement) que são montados em LSP (Link State Packet), eles o armazenam e nunca o modificam, com essas informações, recebidas de cada roteador na rede, cada roteador gera sua própria tabela de rotas. O roteador que o detecta envia apenas essa alteração para o resto da rede.

Quando a rede é estável, os protocolos de estado do link geram atualizações para a tabela de roteamento somente quando há uma mudança na rede. Nesse caso, um LSA é enviado a todos os vizinhos indicando apenas a mudança. Eles atualizam sua tabela de topologia de rede e enviam a mesma LSA para seus vizinhos. Em alguns, toda a tabela é enviada de vez em quando, para garantir que seja sincronizado em todos os roteadores (para OSPF é a cada 30 minutos)

Este tipo de protocolos mantém informações sobre a topologia completa da rede, enquanto os vetores de distância apenas possuem informações sobre a rota que o seu vizinho enviou.

Os protocolos de status do link notificam os outros roteadores do status dos links diretamente conectados. Em geral, grandes redes usam protocolos de estado do link. OSPF e NLSP (NetWare Link Services Protocol, usado em IPX) são protocolos de estado de link.

Os protocolos de estado do link requerem um design hierárquico, para permitir o resumo e reduzir o tráfego LSA. OSPF, por exemplo, trabalha em áreas.

A sub-rede e a descontinuidade das redes são suportadas. Você deve configurar a sumarização sempre que possível, uma vez que a queda de um link significa que todos os roteadores precisam recalcular a tabela de rotas e ele consome muita CPU.

O processo de convergência é o seguinte:

  • Uma falha de ligação é detectada
  • Os roteadores alteram suas informações de roteamento e recalculam uma nova tabela.
  • Um temporizador de 5 segundos evita informações inconsistentes.

Protocolos híbridos

Um caso especial é EIGRP, que é considerado um híbrido entre o vetor de distância e o estado do link. É um protocolo de vetor de distância, que implementa as características do estado do link. O EIGRP envia apenas atualizações (mudanças) da tabela de rotas e não envia atualizações periódicas, apenas atualizações desencadeadas.

EIGRP escolhe o melhor caminho com base no vetor de distância, mas a tabela de roteamento inteira não é trocada, apenas as alterações que sofreu.

EIGRP suporta VLSM e redes descontínuas e pode escalar para grandes redes (centenas de roteadores). Possui módulos para trabalhar com IP, IPX e AppleTalk.

Convergência:

  • Uma falha é detectada
  • O roteador que detectou que tenta encontrar, usando os vizinhos, se necessário, uma rota alternativa para alcançar o destino
  • Se você encontrá-lo no local, mude imediatamente para a nova rota.
  • Se você não conseguir encontrá-lo, envie uma consulta da rota para os vizinhos, que é propagada até encontrar uma.
  • Todos os roteadores afetados modificam sua tabela de rotas.

Protocolos hierárquicos e protocolos planos

Alguns protocolos de roteamento exigem uma arquitetura de rede hierárquica, na qual alguns roteadores recebem funções de backbone. Os outros roteadores publicam suas rotas para este backbone.

Os protocolos planos não requerem uma topologia de rede hierárquica, o que significa que qualquer roteador pode ser qualquer outro ponto, sem que nenhum deles tenha uma função especial. Embora eles não precisem, todos os protocolos funcionam melhor em uma rede hierárquica.

Protocolos classless e protocolos Classful

 Os protocolos classful não anunciam máscaras em suas atualizações de roteamento, e todas as sub-redes são interpretados com a mesma máscara que está configurado nos equipamentos. Se o caminho recebido pertence à classe da interface através da qual é recebida, a máscara configurada em que a interface é assumido. Se você pertence a uma classe diferente, a máscara padrão é assumido.

Se todas as interfaces de rede máscaras da mesma classe são iguais, eles podem ser sub-redes compartilhadas, mas mudar toda a classe de rede (classe) é sumarizado. Portanto, a rede de descontinuidade não é suportada.

Protocolos classless anunciam sua máscara em atualizações de roteamento, permitindo que você configure cada sub-rede a um tamanho específico, e até mesmo adicionar várias rotas para resumir.

VLSM (Variable lengh Máscara de subrede) permite diferentes máscaras em cada interface do roteador, úteis, por exemplo, para direcionar links seriais que precisam apenas dois endereços de host.

Sumarização é adicionar bits para a máscara, de modo que a rede resultante é a soma de todas as sub-redes. CIDR (Classless Routing Interdomin) é um caso de sumarização em BGP4 permite que apenas uma rede onde eles podem ser redes sumarizadas AS é liberado.

Quando um roteador tem em suas rotas para a mesma tabela de destino usa o mais concreto, ou seja, a máscara ter mais número de bits, independentemente do método de como aprendeu

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