Funcionamento. Protocolos de roteamento - PDF
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Glória Alves Lisboa
1 1 Redes de Computadores Aula 06/10/2009 Roteador é um equipamento usado para fazer a comutação de protocolos, a comunicação entre diferentes redes de computadores provendo a comunicação entre computadores distantes entre si. Roteadores são dispositivos que operam na camada 3 do modelo OSI de referência. A principal característica desses equipamentos é selecionar a rota mais apropriada para repassar os pacotes recebidos. Ou seja, encaminhar os pacotes para o melhor caminho disponível para um determinado destino. Funcionamento Os roteadores iniciam e fazem a manutenção de tabelas de rotas executando processos e protocolos de atualização de rotas, especificando os endereços e domínios de roteamento, atribuindo e controlando métricas de roteamento. O administrador pode fazer a configuração estática das rotas para a propagação dos pacotes ou através de processos dinâmicos executando nas redes. Os roteadores passam adiante os pacotes baseando-se nas informações contidas na tabela de roteamento. O problema da configuração das rotas estáticas é que, toda vez que houver alteração na rede que possa vir a afetar essa rota, o administrador deve refazer a configuração manualmente. Já o conhecimento de rotas dinâmicas são diferentes. Depois que o administrador fizer a configuração através de comandos para iniciar o roteamento dinâmico, o conhecimento das rotas será automaticamente atualizado sempre que novas informações forem recebidas através da rede. Essa atualização é feita através da troca de conhecimento entre os roteadores da rede. Protocolos de roteamento São protocolos que servem para trocar informações de construção de uma tabela de roteamento. É importante ressaltar a diferença entre protocolo de roteamento e protocolo roteável. Protocolo roteável é aquele que fornece informação adequada em seu endereçamento de rede para que seus pacotes sejam roteados, como o TCP/IP e o IPX. Protocolo de roteamento possui mecanismos para o compartilhamento de informações de rotas entre os dispositivos de roteamento de uma rede, permitindo o roteamento dos pacotes de um protocolo roteado. Exemplo de protocolo de roteamento: RIP, OSPF, IGRP, BGP, EGP, etc. IPX é um protocolo proprietario da Novell. O IPX opera na camada de rede. O protocolo Novell IPX/SPX ou Internetwork Packet Exchange/Sequenced Packet Exchange' é um protocolo proprietário desenvolvido pela Novell, variante do protocolo "Xerox Network Systems" (XNS). IPX é o protocolo nativo do Netware - sistema operacional cliente-servidor que fornece aos clientes serviços de compartilhamento de arquivos, impressão, comunicação, fax, segurança, funções de correio eletrônico, etc. IPX não é orientado a conexão. O IPX/SPX tornou-se proeminente durante o início dos anos 80 como uma parte integrante do Netware, da Novell. O NetWare tornou-se um padrão de facto para o Sistema Operativo de Rede (SOR), da primeira geração de Redes Locais. A Novell complementou o seu SOR com um conjunto de aplicações orientada para negócios, e utilitários para conexão das máquinas cliente.
2 2 Tipos Entre meados da década de 1970 e a década de 1980, microcomputadores eram usados para fornecer roteamento, Apesar de computadores pessoais poderem ser usados como roteadores, os equipamentos dedicados ao roteamento são atualmente bastante especializados, geralmente com hardware extra para acelerar sua funções como envio de pacotes e encriptação. Roteadores modernos de grande porte assemelham-se a centrais telefônicas, cuja tecnologias atualmente estão sendo convergidas, e que no futuro os roteadores podem até mesmo substituir por completo. Um roteador que conecta um cliente à Internet é chamado roteador de ponta. Um roteador que serve exclusivamente para transmitir dados entre outros roteadores (por exemplo, em um provedor de acesso) é chamado um roteador núcleo. Um roteador é usado normalmente para conectar pelo menos duas redes de computadores, mas existe uma variação especial usada para encaminhar pacotes em uma VLAN. Nesse caso, todos os pontos de rede conectados pertencem à mesma rede. Pacote Em uma rede de computadores ou telecomunicações, pacote, trama ou datagrama é uma estrutura unitária de transmissão de dados ou uma sequência de dados transmitida por uma rede ou linha de comunicação que utilize a comutação de pacotes. A informação a transmitir geralmente é quebrada em inúmeros pacotes e então transmitida. Além da parte da informação, o pacote possui um cabeçalho, que contém informações importantes para a transmissão, como o endereço do destinatário, soma para checagem de erros, prioridades, entre outras. Um pacote deve ser completo, sem depender de trocas anteriores, porque não há qualquer conexão ou duração fixa entre dois pontos de comunicação, como ocorre por exemplo na maior parte das conversas telefônicas por voz. Se a rede de comutação de pacotes for do tipo datagrama, cada pacote tem um tratamento independente, sem qualquer ligação com o tratamento dado aos nós de pacotes anteriores. Protocolo Em sentido restrito, protocolo significa algo ou alguém que se pré-dispõe a por algo ou alguém como pronto a ser utilizado ou requerido de certa forma pré-concebida, através de recursos a ele atribuídos, ou ainda, é a padronização de leis e procedimentos que são dispostos para a execução de uma determinada tarefa. O TCP/IP é um conjunto de protocolos de comunicação entre computadores em rede (também chamado de pilha de protocolos TCP/IP). Seu nome vem de dois protocolos: o TCP (Transmission Control Protocol - Protocolo de Controle de Transmissão) e o IP (Internet Protocol - Protocolo de Interconexão). O conjunto de protocolos pode ser visto como um modelo de camadas, onde cada camada é responsável por um grupo de tarefas, fornecendo um conjunto de serviços bem definidos para o protocolo da camada superior. As camadas mais altas estão logicamente mais perto do usuário (chamada camada de aplicação) e lidam com dados mais abstratos, confiando em protocolos de camadas mais baixas para tarefas de menor nível de abstração.
3 3 Administrador de rede O Administrador de Rede tem como atribuição principal o gerenciamento da rede local, bem como dos recursos computacionais relacionados direta ou indiretamente. O Perfil deste profissional deve possuir curso técnico ou superior em Redes de Computadores, Ciência da Computação ou equivalente, e/ou ser uma pessoa com grande experiência na área de informática. É importante que seja familiarizado com os equipamentos e software com os quais trabalha, tendo como forma de comprovação as tão valorizadas certificações, emitidas por grandes empresas através de provas. Exemplos são as MCP, MCSA e MCSE, certificações profissionais da Microsoft; E também a famosa Formação Cisco-CCNA, vista por muitos profissionais como requisito obrigatório para quem deseja garantir sua vaga no mercado de grandes empresas, em início de carreira. No aspecto pessoal, o profissional deve ser dinâmico e ter interesse em buscar alternativas técnicas e gerenciais através da dedicação. Deve ser confiável, prestativo e possuir facilidade de comunicação com seus usuários, além de funcionar como mediador com o Departamento de Informática(DIN) nas questões técnicas e administrativas da rede local.é quase obrigatório também, devido as mudanças e os avanços que a tecnologia sofre em curto espaço de tempo, que o profissional da área de informática, se mantenha sempre atualizado, seja por meio do uso de novas tecnologias e, ou, freqüentando salas de cursos e treinamentos, e até mesmo cursando uma Pós- Graduação, que por sinal, é muito bem vista nessa área. Comutador (redes) Um switch é um dispositivo utilizado em redes de computadores para reencaminhar frames entre os diversos nós. Possuem diversas portas, assim como os concentradores (hubs) e a principal diferença entre o comutador e o concentrador é que o comutador segmenta a rede internamente, sendo que a cada porta corresponde um dominio de colisão diferente, o que significa que não haverá colisões entre pacotes de segmentos diferentes ao contrário dos concentradores, cujas portas partilham o mesmo domínio de colisão. Outra importante diferença está relacionada ao gerenciamento da rede, com um Switch gerenciável, podemos criar VLANS, deste modo a rede gerenciada será divida em menores segmentos. Funcionamento - Os comutadores operam semelhantemente a um sistema telefônico com linhas privadas. Nesse sistema, quando uma pessoa liga para outra a central telefônica as conectará em uma linha dedicada, possibilitando um maior número de conversações simultâneas. Um comutador opera na camada 2 (camada de enlace), encaminhando os pacotes de acordo com o endereço MAC de destino, e é destinado a redes locais para segmentação. Porém, existem atualmente comutadores que operam juntamente na camada 3 (camada de rede), herdando algumas propriedades dos roteadores (routers). Os comutadores não propagam domínios Cut Through - O comutador envia o quadro logo após ler o MAC de destino do quadro. Este método não averigua a o valor da soma de verificação.
4 4 Concentrador HUB ou Concentrador, é a parte central de conexão de uma rede. Muito usado no começo das redes de computadores ele é o dispositivo ativo que concentra a ligação entre diversos computadores que estão em uma Rede de área local ou LAN. Trabalha na camada física do modelo OSI, ou seja, só consegue encaminhar bits. Apesar de sua topologia física ser em estrela, a lógica é comparada a uma topologia em barramento por não conseguir identificar os computadores em rede pelos endereços IP, não conseguindo assim rotear a mensagem da origem para o destino. Neste caso o HUB é indicado para redes com poucos terminais, pois o mesmo não comporta um grande volume de informações passando por ele ao mesmo tempo devido sua metodologia de trabalho por broadcast, que envia a mesma informação dentro de uma rede para todas as máquinas interligadas. Devido a isto, sua aplicação para uma rede maior é desaconselhada, pois geraria lentidão na troca de informações pelo aumento do domínio de colisão. Atualmente fabricantes costumam anunciar a venda de HUBS gerenciáveis que na verdade trabalham com função semelhante a um Switch. Encaminhamento No contexto das redes de computadores o encaminhamento (ou roteamento) de pacotes designa o processo de reencaminhamento de pacotes, que se baseia no endereço IP e máscara de rede dos mesmos. É, portanto, uma operação da terceira camada do modelo OSI.Este processo pressupõe uma tabela de encaminhamento (tabela de routing) em cada roteador que descreve o caminho precorrido por uma mensagem desde o ponto de origem até ao seu ponto de destino parecida com a seguinte: Rede Máscara Nexthop * Máscara de rede A máscara de rede especifica a gama de IPs (domínio de colisão) que pode ser abrangida por um determinado endereço, e é especialmente necessária no processo de encaminhamento (routing). Ainda, com simples cálculos, pode-se gerir eficientemente o espaço de endereçamento disponível, o que nos primeiros tempos da existência da Internet era muito importante, já que os endereços eram alugados em grupos. A notação formal de uma máscara de rede é o formato típico de um endereço IP e, aplicada com uma operação AND sobre um endereço IP, devolve a rede a que este pertence. Por exemplo:
5 = & = = Ou seja, o IP pertence, aparentemente, à rede Para simplificar a representação, convencionou-se que a máscara de rede poderia acompanhar o IP especificando o número de bits '1' contíguos, separada por uma barra '/'. Por exemplo, a rede anterior podia ser representada como /24. O espaço de endereçamento também é ditado pela máscara de rede, e é equivalente à negação dos seus bits a '0', exceptuando o primeiro e último endereço (endereços de rede e broadcast, respectivamente). Por exemplo, uma máscara de irá disponibilizar 62 enderecos. Gestão do espaço de endereçamento A utilização da máscara de rede foi particularmente útil numa altura em que era comum alugar-se blocos de endereços IP. Os operadores tinham, assim, que distinguir nos seus routers cada um desses blocos, e isso era feito através da máscara de rede. Suponha-se que dispomos dos seguintes endereços: de a , e que existem 5 clientes interessados. Os requisitos de cada um deles são: Ora, pelas nossas contas, vamos precisar de =111 endereços, e vamos ter que organizar a nossa rede em função dos blocos associados. Para A vamos precisar de 65 endereços. Como os blocos funcionam em potências de 2, iremos reservar uma rede de 128 endereços. Para B será suficiente uma de 32. Para C deverá ser uma rede de 8, já que os 4 oferecidos pelo bloco imediatamente inferior corresponderiam, na verdade, a 2 endereços utilizáveis. Para D idem uma rede de 8. Para E seria necessário uma rede de 16 endereços. Vamos verificar as contas: =192 < 256, pelo que podemos satisfazer todos os clientes com a nossa pequena rede. Em termos de divisão, Rede A: / 25 = ( 0-127) Rede B: / 27 = ( ) Rede C: / 29 = ( ) Rede D: / 29 = ( ) Rede E: / 28 = ( ) Pelas contas anteriores e olhando para a nossa divisão, sabemos que o IP /29 iria pertencer ao cliente C. Vamos verificar: = & = =
6 6 e que o IP /29 iria pertencer ao cliente D: = & = = E também podemos verificar que ainda nos sobra espaço para uma rede de 64 endereços. Esta rede é o subespaço que sobrou das contas anteriores: =256! Já agora, podemos facilmente deduzir que a rede seria /27 Uma máscara de subrede também conhecida como subnet mask ou netmask é um número de 32 bits usada para separar em um IP a parte correspondente à rede pública, à subrede e aos hosts. Uma subrede é uma divisão de uma rede de computadores - é a faixa de endereços lógicos reservada para uma organização. A divisão de uma rede grande em menores resulta num tráfego de rede reduzido, administração simplificada e melhor performance de rede. No IPv4 uma subrede é identificada por seu endereço base e sua máscara de subrede. Endereços de Rede e Endereços Lógicos O termo endereço de rede pode tanto significar o endereço lógico, ou seja o endereço da camada de rede tal como o endereço IP, como o primeiro endereço (endereço base) de uma faixa de endereços reservada a uma organização. Os computadores e dispositivos que compõem uma rede tal como a Internet possuem um endereço lógico. O endereço de rede é único e pode ser dinâmico ou estático. Este endereço permite ao dispositivo se comunicar com outros dispositivos conectados à rede. Para facilitar o roteamento os endereços são divididos em duas partes: O endereço (número) da rede que identifica toda a rede/subrede: o endereço de todos os nós de uma subrede começam com a mesma sequência. O endereço (número) do host que identifica uma ligação a uma máquina em particular ou uma interface desta rede. Isto funciona de maneira semelhante a um endereço postal onde o endereço de rede representa a cidade e o endereço do host representa a rua. A máscara de subrede é usada para determinar que parte do IP é o endereço da rede e qual parte é o endereço do host.
7 7 Classes IPv4 O esquema de endereçamento de rede mais comum é chamado IPv4. Os endereços IPv4 consistem de endereços de 32 bits divididos em 4 octetos e uma máscara de subrede do mesmo tamanho. Há três tipos de redes "classful": Uma rede classful é uma rede que possui uma máscara de rede , ou Classe Bits iniciais Início Fim Máscara de Subrede padrão A /8 B /16 C /24 Máscaras de Subrede Notação CIDR Os 32 bits das Máscaras de Subrede são divididos em duas partes: um primeiro bloco de 1s seguido por um bloco de 0s. Os 1s indicam a parte do endereço IP que pertence à rede e os 0s indicam a parte que pertence ao host. Normalmente, as máscaras de subrede são representadas com quatro números de 0 a 255 separados por três pontos. A máscara (ou ), por exemplo, em uma rede da classe C, indica que o terceiro byte do endereço IP é o número de subrede e o quarto é o número do host (veja a seguir). Embora normalmente as máscaras de subrede sejam representadas em notação decimal, é mais fácil entender seu funcionamento usando a notação binária. Para determinar qual parte de um endereço o da rede e qual é o do host, um dispositivo deve realizar uma operação "AND".
8 8 Exemplo Endereço decimal Binário Endereço completo Máscara da subrede Porção da rede na A Porção da Rede é o AND entre o Endereço e a Máscara. As máscaras de subrede não precisam preencher um octeto ("byte"). Isto permite que uma rede classfull seja subdividida em subredes. Para criar uma subrede reserva-se alguns bits do host para a rede. O exemplo a seguir mostra como os bits podem ser "emprestados" para converter uma rede classfull em uma subrede. Exemplo Endereço Decimal Binário Endereço Completo de Rede Máscara de Subrede Porção da Subrede No exemplo dois bits foram emprestados da porção do host e são usados para identificar a subrede.
9 9 Diferenças entre Hub, Switch e Roteador Hub O hub é um dispositivo que tem a função de interligar os computadores de uma rede local. Sua forma de trabalho é a mais simples se comparado ao switch e ao roteador: o hub recebe dados vindos de um computador e os transmite às outras máquinas. No momento em que isso ocorre, nenhum outro computador consegue enviar sinal. Sua liberação acontece após o sinal anterior ter sido completamente distribuído. Em um hub é possível ter várias portas, ou seja, entradas para conectar o cabo de rede de cada computador. Geralmente, há aparelhos com 8, 16, 24 e 32 portas. A quantidade varia de acordo com o modelo e o fabricante do equipamento. Caso o cabo de uma máquina seja desconectado ou apresente algum defeito, a rede não deixa de funcionar, pois é o hub que a "sustenta". Também é possível adicionar um outro hub ao já existente. Por exemplo, nos casos em que um hub tem 8 portas e outro com igual quantidade de entradas foi adquirido para a mesma rede. Hubs são adequados para redes pequenas e/ou domésticas. Havendo poucos computadores é muito pouco provável que surja algum problema de desempenho. Switch O switch é um aparelho muito semelhante ao hub, mas tem uma grande diferença: os dados vindos do computador de origem somente são repassados ao computador de destino. Isso porque os switchs criam uma espécie de canal de comunicação exclusiva entre a origem e o destino. Dessa forma, a rede não fica "presa" a um único computador no envio de informações. Isso aumenta o desempenho da rede já que a comunicação está sempre disponível, exceto quando dois ou mais computadores tentam enviar dados simultaneamente à mesma máquina. Essa característica também diminui a ocorrência de erros (colisões de pacotes, por exemplo). Assim como no hub, é possível ter várias portas em um switch e a quantidade varia da mesma forma. O hub está cada vez mais em desuso. Isso porque existe um dispositivo chamado "hub switch" que possui preço parecido com o de um hub convencional. Trata-se de um tipo de switch econômico, geralmente usado para redes com até 24 computadores. Para redes maiores, mas que não necessitam de um roteador, os switchs são mais indicados. Roteadores O roteador é um equipamento utilizado em redes de maior porte. Ele é mais "inteligente" que o switch, pois além de poder fazer a mesma função deste, também tem a capacidade de escolher a melhor rota que um determinado pacote de dados deve seguir para chegar em seu destino. É como se a rede fosse uma cidade grande e o roteador escolhesse os caminhos mais curtos e menos congestionados. Daí o nome de roteador. Existem basicamente dois tipos de roteadores: Estáticos: este tipo é mais barato e é focado em escolher sempre o menor caminho para os dados, sem considerar se aquele caminho tem ou não congestionamento; Dinâmicos: este é mais sofisticado (e conseqüentemente mais caro) e considera se há ou não congestionamento na rede. Ele trabalha para fazer o caminho mais rápido, mesmo que seja o caminho mais longo. De nada adianta utilizar o menor caminho se esse estiver congestionado. Muitos dos roteadores dinâmicos são capazes de fazer compressão de dados para elevar a taxa de transferência. Os roteadores são capazes de interligar várias redes e geralmente trabalham em conjunto com hubs e switchs.